Введение
1 Стандартная модель и модели, предсказывающие существование частиц с зарядом 1 13
1.1 Стандартная модель 13
1.2 Стабильные многозарядные лептоны в рамках AC-модели 14
1.3 Техничастицы в рамках WTC-модели 15
1.4 Двухзарядный бозон Хиггса в модели лево-правой симметрии 15
1.5 Рождение стабильных многозарядных частиц на LHC 16
2 Поиски многозарядных частиц в коллайдерных экспериментах 18
2.1 Поиски на LEP 18
2.1.1 OPAL 18
2.1.2 L3 19
2.1.3 ALEPH 19
2.1.4 DELPHI
2.2 Поиски на HERA 20
2.3 Поиски на Тэватроне
2.3.1 D0 20
2.3.2 CDF 21
2.4 Поиски на Большом адронном коллайдере 21
2.4.1 CMS 22
2.4.2 ATLAS 23
3 Экспериментальная установка 24
3.1 Большой адронный коллайдер 24
3.2 Эксперимент ATLAS
3.2.1 Геометрия и система координат 27
3.2.2 Внутренний детектор
3.2.2.1 Пиксельный детектор 28
3.2.2.2 Полупроводниковый трековый детектор 29
3.2.2.3 Трековый детектор переходного излучения 30
3.2.3 Калориметры 30
3.2.4 Мюонный спектрометр
3.2.4.1 Мониторируемые дрейфовые трубки 32
3.2.4.2 Катодные стриповые камеры 33
3.2.4.3 Камеры с резистивными электродами и узкозазорные камеры 33
3.2.5 Триггерная система 33
3.3 Работа с моделированными и экспериментальными данными в ATLAS 34
4 Метод выделения сигнальных событий 37
4.1 Отбор триггерных событий и вычисление эффективности мюонного триггера
для тяжёлых частиц 37
4.1.1 Поправка на вычисление эффективности мюонного триггера в камерах с резистивными электродами 37
4.1.2 Особенность вычисления эффективности мюонного триггера в узкозазорных камерах 40
4.2 Потери энергии на ионизацию в детекторах ATLAS 40
4.2.1 Измерение ионизационных потерь в пиксельном детекторе 42
4.2.2 Измерение ионизационных потерь в трековом детекторе переходного излучения 44
4.2.3 Измерение ионизационных потерь методом подсчёта кластеров с превышением порога в 6 кэВ на треке TRT 48
4.2.4 Измерение ионизационных потерь в калориметрах 48
4.2.5 Измерение ионизационных потерь в мониторируемых дрейфовых трубках 50
5 Анализ экспериментальных данных 2011 года 55
5.1 Используемые экспериментальные данные 56
5.1.1 Отбор сеансов измерений с максимальной работоспособностью экспериментального комплекса 57
5.2 Выборки с результатами моделирования 57
5.2.1 Сигнальные выборки с многозарядными частицами 58
5.2.2 Выборки с распадами 0 +- для сравнения поведения переменных в экспериментальных данных и результатах моделирования 61
5.3 Отбор событий и кандидатов 61
5.3.1 Предварительный («мягкий») отбор 62
5.3.2 Триггерный отбор 63
5.3.3 Основной отбор
5.3.3.1 «Значимость» ионизационных потерь (Pixel, TRT, MDT) 64
5.3.3.2 Отборы по потерям на ионизацию в пиксельном детекторе и по доле кластеров с превышением верхнего порога по амплитуде на треке TRT («жёсткий» отбор) 65 5.4 Финальный отбор и оценка фона 67
5.5 Эффективность поиска (чувствительность анализа)
5.5.1 Кинематический аксептанс 74
5.5.2 Эффективность триггерного отбора 75
5.5.3 Эффективность отбора сигнала 76
5.5.4 Итоговая эффективность поиска 76
5.5.5 Вероятности обнаружить сигнальные частицы в несигнальных квадрантах 77
5.6 Систематические и статистические погрешности на сечения рождения много
зарядных частиц 77
5.6.1 Систематическая погрешность на оценку фона 78
5.6.2 Систематическая погрешность на интегральную светимость проанализированных экспериментальных данных 82
5.6.3 Погрешности на эффективность отбора сигнала
5.6.3.1 Систематическая погрешность из-за несоответствия между результатами моделирования и экспериментальными данными 82
5.6.3.2 Статистическая погрешность из-за ограниченной статистики моделированных выборок 84
5.6.3.3 Систематическая погрешность на эффективность триггерного отбора 84
5.6.3.4 Итоговые погрешности на эффективность анализа 85
6 Анализ экспериментальных данных 2012 года 87
6.1 Используемые экспериментальные данные 87
6.1.1 Отбор сеансов измерений с максимальной работоспособностью экспериментального комплекса 88
6.2 Сигнальные выборки с моделированными многозарядными частицами 88
6.3 Отбор событий и кандидатов
6.3.1 Предварительный («мягкий») отбор 90
6.3.2 Триггерный отбор 91
6.3.3 Основной отбор
6.3.3.1 «Значимость» ионизационных потерь 92
6.3.3.2 Отборы по потерям на ионизацию в пиксельном детекторе и по доле кластеров с превышением верхнего порога по амплитуде на треке TRT («жёсткий» отбор)
6.4 Финальный отбор и оценка фона 95
6.5 Эффективность отбора сигнала (чувствительность анализа)
6.5.1 Эффективность триггерного отбора 99
6.5.2 Эффективность отбора сигнала 100
6.5.3 Итоговая эффективность поиска 100
6.5.4 Вероятности событиям принадлежать несигнальным квадрантам после основного отбора 101
6.6 Систематические и статистические погрешности на сечения рождения много зарядных частиц 101
6.6.1 Систематическая погрешность на оценку ожидаемого фона 102
6.6.2 Систематическая погрешность на интегральную светимость проанализированных экспериментальных данных 102
6.6.3 Погрешности на итоговую эффективность анализа
6.6.3.1 Систематическая погрешность из-за несоответствия между результатами моделирования и экспериментальными данными 103
6.6.3.2 Статистическая погрешность из-за ограниченной статистики моделированных выборок 103
6.6.3.3 Систематическая погрешность на эффективность триггера 104
6.6.3.4 Итоговые погрешности на эффективность анализа 105
7 Результаты 106
7.1 Интерпретация результатов в терминах верхних пределов на сечение рожде
ния и нижних пределов на массу искомых частиц 106
Заключение 111
Благодарности 112
Литература 113
