Precision measurements of Bs mesons in the CMS experiment at the LHC

Show full item record

Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-1272-9
Title: Precision measurements of Bs mesons in the CMS experiment at the LHC
Author: Järvinen, Terhi
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Science, Department of Physics, Helsinki Institute of Physics
Thesis level: Doctoral dissertation (monograph)
Abstract: Two precision measurements are performed to Bs data. The primary measurement of the thesis is the effective lifetime of the Bs meson decaying in the J/psi phi(1020) state. The effective lifetime analysis uses 2012 data recorded by the Compact Muon Solenoid (CMS) experiment. The data are collected with a center-of-mass energy of 8 TeV and correspond to an integrated luminosity of 19.7/fb. The effective lifetime is found to be ctau_eff = 443.9 +/- 2.0 (stat.) +/- 1.2 (syst.) um. In addition to the lifetime measurement, the design, validation and performance of the two flavour tagging algorithms are described. The algorithms are developed to improve the precision of the weak mixing phase measurement. Lastly, the results from the weak phase analysis are briefly covered. The flavour tagging studies and the weak phase measurement are also performed with the 2012 data recorded by the CMS experiment.Large Hadron Collider (LHC) -kiihdytin Euroopan hiukkasfysiikan tutkimuskeskuksessa CERN:ssä auttaa ymmärtämään aineen pienimpien osasten, kvarkkien ja leptonien, sekä niistä koostuvien lyhytikäisten hiukkasten fysiikkaa. LHC-kiihdyttimellä voidaan tuottaa suuria määriä B-hadroneiksi kutsuttuja hiukkasia. Ne voivat hajota sellaisiin lopputiloihin, joista saatavat signaalit pystytään havaitsemaan Compact Muon Solenoid (CMS) -ilmaisimella. B-hadronien hajoamista ja ominaisuuksia voidaan tutkia monenlaisilla mittauksilla, joista elinaikamittaukset muodostavat yhden suuren osa-alueen. B-hadronien elinajan mittaus on tärkeää, sillä niiden avulla saadaan tietoa hadronien sisäisestä dynamiikasta. Joidenkin B-hadronien elinaikamittauksien tulokset ovat oleellisia myös hiukkasfysiikan standardimallin ennusteiden testauksessa. Standardimalli on hiukkasfysiikan teoria, joka sisältää havaitut alkeishiukkaset ja niiden väliset vuorovaikutukset. Huolimatta standardimallin menestyksestä teoriana, se ei pysty selittämään aineen ja antiaineen epäsuhtaa maailmankaikkeudessa. Kysymys liittyy läheisesti varauskonjugaatti-pariteettisymmetrian (CP) rikkoutumiseen, joka määrittää epäsuhtaa aineen ja antiaineen välillä. CP-symmetrian rikko on kuvattu standardimallissa, mutta teoriasta saatu ennuste ei riitä selittämään aineen määrää maailmankaikkeudessa. Erityisen mielenkiintoisia B-hadroneita ovat varaukseltaan neutraalit Bs-mesonit, jotka koostuvat b-kvarkin antihiukkasen ja s-kvarkin yhdistelmästä. Bs-mesoneilla on kaksi kvanttimekaanista ominaistilaa, joilla on kummallakin eri massa ja elinaika. Lisäksi Bs-mesonit voivat lyhyen elinaikansa kuluessa muuttua antihiukkasikseen ja siitä takaisin hiukkasiksi. Siksi Bs-mesonin systeemi onkin mielenkiintoinen sekä elinaikamittausten että CP-rikkoa koskevien tutkimuksien näkökulmasta. Väitöstutkimus koostuu kahdesta analyysistä, Bs-mesonin efektiivisen elinajan (ctau_eff) sekä Bs-mesonin systeemille ominaisen heikon vaihekulman (phi_s) mittauksesta. Efektiivisen elinajan mittaus on väitöskirjan pääanalyysi. Kummassakin analyysissä on hyödynnetty hajoamiskanavaa Bs -> J/psi phi(1020). Efektiivinen elinaika on verrannollinen kahden Bs-mesonin ominaistilan elinaikojen painotettuun keskiarvoon ja sen avulla saadaan epäsuorasti tietoa mesonin ominaistilojen elinaikojen erotuksesta. Täten efektiivisen elinajan mittaus täydentää kuvaa Bs-mesonin systeemistä. Heikko vaihe kuvaa CP-symmetriarikkoa Bs-mesonin systeemissä. Koska standardimalli ennustaa heikolle vaihekulmalle hyvin tarkan ja pienen arvon, voisi ennusteesta eroava mittaustulos antaa vihjeen standardimallin ulkopuolisesta fysiikasta. Bs-mesonin efektiiviseksi elinajaksi saatiin ctau_eff = 443.9 +/- 2.0 +/- 1.2 um ja heikoksi vaiheeksi phi_s = -0.075+/- 0.097 +/- 0.031 rad, joista ensimmäinen epätarkkuus on luonteeltaan tilastollinen ja toinen systemaattinen. Mittaukset ovat sopusoinnussa muiden mittausten kanssa. Lisäksi mitattu heikko vaihe on yhteensopiva standardimallin ennusteen kanssa. Työssä käytettiin CMS-kokeessa 8 TeV:n massakeskipiste-energian protoni-protonitörmäyksistä kerättyä dataa, joka vastaa 19.7/fb.
URI: URN:ISBN:978-951-51-1272-9
http://hdl.handle.net/10138/228813
Date: 2017-12-18
Subject:
Rights: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
Precisio.pdf 6.226Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record