在质心能量为7TeV的质子—质子对中利用双光子末态寻找额外维空间

摘要

标准模型能够描述构成物质的粒子以及四大基本作用中除了万有引力以外相互作用。此模型根据粒子的自旋将粒子分为费米子和玻色子。并且在夸克和轻子的层面上，粒子分为了三代六种夸克、三代六种轻子、规范矢量玻色子和Higgs标量玻色子。粒子之间的相互作用有四种。它们分别是万有引力，电磁相互作用，强相互作用和弱相互作用，其中电磁相互作用和弱相互作用理论整合在一起成为电弱统一。标准模型看似完美，但是目前还存在许多问题，本文要讨论的是标准模型不能解释的The Hierarchy Problem。
　　 位于CERN的大型强子对撞机(LHC)是目前世界上最大的强子对撞机。LHC上主要有ATLAS、CMS、ALICE、LHCb。本文第二章着重介绍ATLAS谱仪的各部分探测器的结构，原理，作用，及其优点。另外介绍了ATLAS的在线数据采集和离线数据分析所用的触发和分析方法。
　　 第三章是本文的最重要的部分。这部分介绍了在质心能量为7TeV的质子-质子对撞中利用双光子末态寻找额外维空间，在没有明显的新物理的情况下，对ADD模型的参数设定limits。这次分析用的质子-质子对撞实验是在欧洲核子中心的大型强子对撞机的ATLAS谱仪上进行。这次分析的是2011年采集的积分亮度为4.91fb-1的数据。在没有找到明显新物理存在的证据的情况下，我们对ADD模型理论中的参数以95％的置信度对于各种不同定义的参数设定了limits。

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摘要

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主要符号对照表

第一章 标准模型及标准模型以外的物理

1．1 标准模型

1．1．1 四大基本作用

1．1．2 基本粒子

1．2 标准模型以外的物理

1．2．1 标准模型目前存在的的问题

1．2．2 The Hierarchy Problem

第二章 CERN的大型强子对撞机上的ATLAS实验

2．1 大型强子对撞机LHC实验

2．1．1 LHC的主要实验装置

2．1．2 加速系统

2．1．3 粒子束

2．1．4 LHC实验的亮度

2．1．5 束流的寿命

2．2 ATLAS(The A Toriod Large ApparatuS)谱仪

2．3 ATLAS的磁场系统

2．4 ATLAS谱仪的组成

2．4．1 内探测器(Inner detector)

2．4．2 量能器(Calorimeter)

2．4．3 μ子探测器(Muon Spectrometer)

2．4．4 通过不同粒子不同的相互作用来鉴别粒子

2．5 ATLAS的事例触发系统和数据获取系统

2．5．1 事例触发

2．5．2 数据获取系统

第三章 高维空间的ADD模型的参数限度值(limit)计算

3．1 能级问题

3．2 RS引力子

3．3 ADD引力子模型

3．4 ADD模型的数据分析概括

3．5 事例重建

3．5．1 光子的重建和判别

3．5．2 光子的能量沉积计算

3．5．3 事例筛选

3．5．4 蒙特卡罗模拟的信号分析

3．6 本底估计

3．6．1 不可约本底分析

3．6．2 可约本底分析

3．6．3 本底叠加分析

3．6．4 由本底估计到信号区间的延伸计算分析

3．7 系统误差分析

3．8 ADD模型下的模型参数的limit计算

第四章 Conclusion

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的研究成果