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Searches for Heavy Charged Long-Lived Particles with the ATLAS detector
Searches for Heavy Charged Long-Lived Particles with the ATLAS detector
In dieser Arbeit wird eine Suche nach schweren langlebigen geladenen Teilchen mit dem ATLAS Detektor am Large Hadron Collider vorgestellt. Diese Suche analysiert einen Datensatz von 36.1 fb−1 Proton–Proton-Kollisionen. Die erwartete Signatur solcher schwerer langlebiger geladener Teilchen im Detektor ist ähnlich der eines Myons, jedoch haben diese hypothetischen Teilchen eine höhere Masse. Dies hat zur Folge, dass diese Teilchen mit einer deutlich niedrigeren Geschwindigkeit erzeugt werden als hochenergetischen Standard-Modell-Teilchen. Des Weiteren führt die niedrige Geschwindigkeit der Teilchen zu Ionisations-Energieverlusten deutlich über denen von Myonen, welche den Hauptuntergrund für diese Suche darstellen. Schwere langlebige Teilchen können sowohl elektrisch- also auch far- bgeladen sein. Farbgeladene schwere langlebige Teilchen hadronisieren zusam- men mit Quarks zu sogenannten R-Hadronen. Diese können durch den Austausch der Quarks in hadronischen Interaktionen ihre Gesamtladung ändern. Zur Identifikation von schweren geladenen langlebigen Teilchen, werden Mes- sungen des Ionisations-Energieverlust im Pixel Detektor sowie Flugzeitmessun- gen im Tile-Kalorimeter, in den Monitored-Drift-Tubes und in den Resistive-Plate- Chambers, verwendet. Die Suche ist mit dedizierten Signal Regionen, sowohl für farbgeladene langlebige Teilchen als auch für paar-produzierte langlebige Teilchen die nur elektrisch geladen sind, ausgestattet. Da kein signifikanter Überschuss an Daten üeber der erwarteten Anzahl an Ereignissen gefunden wurde, kön- nen die Ergbnisse verwendet werden um Ausschlussgrenzen auf den Wirkungs- querschnitt und die Masse der Teilchen zu bestimmen. Paar-produzierte Sbot- tom, Stop oder Gluino R-hadronen können bis zu einer Masse von 1250 GeV, 1340 GeV beziehungsweise 2000 GeV ausgeschlossen werden. Für farbneutrale paar-produzierte langlebige Teilchen können Massen bis 430 GeV für Staus und 1090 GeV für Charginos ausgeschlossen werden., In this thesis a search for Heavy Charged Long-Lived Particles (HCLLPs) in a dataset of 36.1 fb−1 of proton–proton collisions with the ATLAS detector at the Large Hadron Collider is presented. HCLLPs manifest in the detector by signatures of heavy muon-like particles and are expected to be produced with velocities, significantly lower than the speed of light. Accordingly they are also expected to have an ioni- sation energy loss larger than that of muons, which are the main background for this search. Beside their electrical charge, HCLLPs can also be colour charged and hadronise together with Standard Model quarks to so called R-hadrons. Those R-hadrons can have a very special signature as they are able to change their overall charge through the exchange of the Standard Model quarks in hadronic interac- tions. The observables used to identify HCLLPs in this analysis are a dE/dx estimate with the pixel detector and time-of-flight measurements with the Tile Calorimeter, the Monitored Drift Tubes and the Resistive Plate Chambers. The signal regions are de- signed to cover signatures of colour-charged particles that can undergo a change of charge as well as pair-produced colour singlets that are charged throughout the whole detector. No significant excess over the estimated background was observed and the results are used to set upper limits on the production cross section as well as lower mass limits for several models. The obtained lower mass limits for sbot- tom, stop and gluino R-hadrons are 1250 GeV, 1340 GeV and 2000 GeV, respectively, while for colour singlets such as staus and charginos 430 GeV and 1090 GeV are ob- tained.
ATLAS, LLP, SUSY, HEP, BSM
Adersberger, Michael
2018
English
Universitätsbibliothek der Ludwig-Maximilians-Universität München
Adersberger, Michael (2018): Searches for Heavy Charged Long-Lived Particles with the ATLAS detector. Dissertation, LMU München: Faculty of Physics
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Abstract

In dieser Arbeit wird eine Suche nach schweren langlebigen geladenen Teilchen mit dem ATLAS Detektor am Large Hadron Collider vorgestellt. Diese Suche analysiert einen Datensatz von 36.1 fb−1 Proton–Proton-Kollisionen. Die erwartete Signatur solcher schwerer langlebiger geladener Teilchen im Detektor ist ähnlich der eines Myons, jedoch haben diese hypothetischen Teilchen eine höhere Masse. Dies hat zur Folge, dass diese Teilchen mit einer deutlich niedrigeren Geschwindigkeit erzeugt werden als hochenergetischen Standard-Modell-Teilchen. Des Weiteren führt die niedrige Geschwindigkeit der Teilchen zu Ionisations-Energieverlusten deutlich über denen von Myonen, welche den Hauptuntergrund für diese Suche darstellen. Schwere langlebige Teilchen können sowohl elektrisch- also auch far- bgeladen sein. Farbgeladene schwere langlebige Teilchen hadronisieren zusam- men mit Quarks zu sogenannten R-Hadronen. Diese können durch den Austausch der Quarks in hadronischen Interaktionen ihre Gesamtladung ändern. Zur Identifikation von schweren geladenen langlebigen Teilchen, werden Mes- sungen des Ionisations-Energieverlust im Pixel Detektor sowie Flugzeitmessun- gen im Tile-Kalorimeter, in den Monitored-Drift-Tubes und in den Resistive-Plate- Chambers, verwendet. Die Suche ist mit dedizierten Signal Regionen, sowohl für farbgeladene langlebige Teilchen als auch für paar-produzierte langlebige Teilchen die nur elektrisch geladen sind, ausgestattet. Da kein signifikanter Überschuss an Daten üeber der erwarteten Anzahl an Ereignissen gefunden wurde, kön- nen die Ergbnisse verwendet werden um Ausschlussgrenzen auf den Wirkungs- querschnitt und die Masse der Teilchen zu bestimmen. Paar-produzierte Sbot- tom, Stop oder Gluino R-hadronen können bis zu einer Masse von 1250 GeV, 1340 GeV beziehungsweise 2000 GeV ausgeschlossen werden. Für farbneutrale paar-produzierte langlebige Teilchen können Massen bis 430 GeV für Staus und 1090 GeV für Charginos ausgeschlossen werden.

Abstract

In this thesis a search for Heavy Charged Long-Lived Particles (HCLLPs) in a dataset of 36.1 fb−1 of proton–proton collisions with the ATLAS detector at the Large Hadron Collider is presented. HCLLPs manifest in the detector by signatures of heavy muon-like particles and are expected to be produced with velocities, significantly lower than the speed of light. Accordingly they are also expected to have an ioni- sation energy loss larger than that of muons, which are the main background for this search. Beside their electrical charge, HCLLPs can also be colour charged and hadronise together with Standard Model quarks to so called R-hadrons. Those R-hadrons can have a very special signature as they are able to change their overall charge through the exchange of the Standard Model quarks in hadronic interac- tions. The observables used to identify HCLLPs in this analysis are a dE/dx estimate with the pixel detector and time-of-flight measurements with the Tile Calorimeter, the Monitored Drift Tubes and the Resistive Plate Chambers. The signal regions are de- signed to cover signatures of colour-charged particles that can undergo a change of charge as well as pair-produced colour singlets that are charged throughout the whole detector. No significant excess over the estimated background was observed and the results are used to set upper limits on the production cross section as well as lower mass limits for several models. The obtained lower mass limits for sbot- tom, stop and gluino R-hadrons are 1250 GeV, 1340 GeV and 2000 GeV, respectively, while for colour singlets such as staus and charginos 430 GeV and 1090 GeV are ob- tained.