Δυνατότητα ανίχνευσης σωματιδίων Higgs και φυσικής πέραν του καθιερωμένου προτύπου στον LHC και μελέτες επί του ανιχνευτή ακτινοβολίας μετάβασης του πειράματος ATLAS

Abstract

ATLAS, a general purpose proton-proton detector for the Large Hadron Collider(LHC), will be capable of exploring the new energy regime of 14~TeV which willbecome accessible. LHC is designed to be built in the existing 27 kmcircumference LEP (Large Electron Positron collider) tunnel at CERN. It isexpected to start operating in 2006.The Transition Radiation Tracker (TRT) is a combined tracking and electronidentification device, which will be part of the inner tracking detector ofATLAS. Tracking is carried out by gas-filled flexible straw tubes, while theinterleaving radiators produce detectable X-rays when electrons traverse them.In this thesis, the design of the end-cap TRT is finalized and validatedthrough detailed studies performed on a prototype module. These includefull-scale measurements of the anode wire tension and determination of thestraw straightness, in order to assure a uniform response along the strawsduring normal operation. In both tests, the performance of the module was foundsatisfactory and according to predefined specifications. The gas flowuniformity is also studied for various gas supply configurations, by exploitingthe sensitivity of gas gain on gas composition. It leads to a final gassupply/exhaust scheme for the TRT end-cap wheels.An analysis of the potential of the ATLAS detector to discover a supersymmetricHiggs boson in the theoretical framework of supergravity has been performed. Itis shown that in this model, it will be possible to discover the light Higgsparticle across a substantial fraction of the parameter space. For the specificchannel studied, h→bb, the b-tagging capabilities of the ATLAS inner detectorare of great importance. A comparison of the potential for detecting a StandardModel Higgs between ATLAS and the detectors running at Tevatron is discussed.The expected performance by Tevatron for Run II in the WH→lνbb channel is found tobe rather optimistic. The precision of the mass measurement of the Higgs bosonsof the Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM) is also investigated. Byexploiting the variety of signatures accessible at the LHC, a precision of~0.1% to ~3% in a large part of the MSSM parameter space can beaccomplished.

Ο ανιχνευτής ATLAS, ένα γενικών κατευθύνσεων πείραμα πρωτονίων σε πρωτόνια για το Μεγάλο Αδρονικό Επιταχυντή (Large Hadron Collider, LHC), θα μπορέσει να ερευνήσει πλήρως τις υψηλές ενέργειες των 14~TeV που θα γίνουν προσιτές. Ο LHC θα εγκατασταθεί στην υπάρχουσα σήραγγα του Μεγάλου Επιταχυντή Ηλεκτρονίων Ποζιτρονίων (Large Electron Positron collider, LEP), μήκους περιφέρειας 27 km, στο CERN. Αναμένεται να αρχίσει τη λειτουργία του το 2006.Ο Ανιχνευτής Ακτινοβολίας Μετάβασης (Transition Radiation Tracker, TRT), ο οποίος αποτελεί μέρος του εσωτερικού ανιχνευτή του ATLAS, συνδυάζει την ανίχνευση τροχιών και την αναγνώριση ηλεκτρονίων. Η ανίχνευση τροχιών πραγματοποιείται από εύκαμπτους σωληνίσκους γεμάτους με αέριο, ενώ οι ενδιάμεσοι ακτινοβολητές παράγουν ανιχνεύσιμες ακτίνες-X όταν διασχίζονται από ηλεκτρόνια. Σε αυτή τη διατριβή, τελειοποιείται και τεκμηριώνεται ο σχεδιασμός του ακραίου TRT μέσω λεπτομερών μελετών επί μίας πρότυπης μονάδας. Αυτές περιλαμβάνουν μετρήσεις πλήρους κλίμακας της τάσης του σύρματος ανόδου και προσδιορισμό της κυρτότητας των σωληνίσκων, ώστε να εξασφαλιστεί μία ομοιόμορφη απόκριση κατά μήκος των σωληνίσκων κατά την κανονική λειτουργία. Και στους δύο ελέγχους, η απόδοση της μονάδας κρίθηκε ικανοποιητική σύμφωνα με καθορισμένες προδιαγραφές. Μελετήθηκε επίσης η ομοιομορφία της ροής για διάφορες διατάξεις τροφοδοσίας του αερίου, εκμεταλλευόμενοι την ευαισθησία της ενίσχυσης αερίου στη σύνθεση του αερίου. Καταλήγουμε σε ένα τελικό σχεδιασμό εισαγωγής/εξαγωγής αερίου για τους τροχούς του ακραίου TRT.Πραγματοποιήθηκε μία ανάλυση της δυνατότητας ανακάλυψης από τον ανιχνευτή ATLAS ενός υπερσυμμετρικού μποζονίου Higgs στο θεωρητικό πλαίσιο της υπερβαρύτητας. Αποδεικνύεται ότι, σε αυτό το πρότυπο, είναι δυνατή η ανακάλυψη του ελαφρού σωματιδίου Higgs σε μεγάλο μέρος του χώρου παραμέτρων. Για το συγκεκριμένο κανάλι, h→bb, η ικανότητα b-σήμανσης του εσωτερικού ανιχνευτή του ATLAS είναι πρωταρχικής σημασίας. Παρουσιάζεται μία σύγκριση της δυνατότητας ανίχνευσης του Higgs του Καθιερωμένου Προτύπου μεταξύ του ATLAS και των ανιχνευτών του Tevatron. Η αναμενόμενη απόδοση από το Tevatron για το Run II στο κανάλι WH→lνbb κρίνεται μάλλον αισιόδοξη. Διερευνάται επίσης η ακρίβεια στη μέτρηση μάζας των μποζονίων Higgs του Ελάχιστου Υπερσυμμετρικού Καθιερωμένου Προτύπου (Minimal Supersymmetric Standard Model, MSSM). Εκμεταλλευόμενοι την ποικιλία τελικών καταστάσεων οι οποίες είναι προσιτές στον LHC, μία ακρίβεια μεταξύ ~0.1% και ~3% μπορεί να επιτευχθεί σε μεγάλο μέρος του χώρου παραμέτρων του MSSM.