Measurements of isolated-photon production inclusively and in association with jets at V8 = 13 TeV with the ATLAS detector

• Autores: Ana Rosario Cueto Gómez
• Directores de la Tesis: Juan Terrón Cuadrado (dir. tes.), Claudia Glasman (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Autónoma de Madrid ( España ) en 2018
• Idioma: inglés
• Número de páginas: 492
• Tribunal Calificador de la Tesis: F. Barreiro Alonso (presid.), Jose Maria del Peso Malagon (secret.), Leonardo Carminati (voc.), Leandro Cieri (voc.), Óscar González López (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Física Teórica por la Universidad Autónoma de Madrid
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Biblos-e Archivo
• Resumen
  • español

    Este documento resume la mayor parte de mi trabajo como doctorando, el cual cubre medidas hechas del Modelo Est andar con el detector ATLAS con un fot on en el estado nal as como medidas in situ de la escala de energ a de los jets usando eventos con un fot on y un jet y la inspecci on de la calidad de los datos del calor metro de arg on l quido.

    La producci on de fotones provenientes de la interacci on dura en colisiones prot on{ prot on, pp ! + X, proporciona un marco de pruebas para examinar la teor a de cromodin amica cu antica (QCD) con una part cula sin color que no est a afectada por los efectos de la hadronizaci on. Un entendimiento cuantitativo de las caracter sticas de la producci on de fotones no es solo relevante para medidas de precisi on del Modelo Est andar, sino que tambi en son de gran importancia en estudios de las desintegraciones del bos on de Higgs y b usquedas de resonancias predichas por modelos m as all a del Modelo Est andar.

    Las medidas de producci on de fotones son sensibles a la densidad de gluones dentro del prot on a trav es de la dispersi on de Compton y pueden ser usadas para restringir la funci on de densidad de gluones dentro del prot on. El poder de restricci on de estas medidas se puede reforzar cuando son combinadas con medidas del mismo proceso a diferentes energ as del centro de masas. La presencia de jets en el estado nal permite sondear la din amica de la dispersi on dura por medio de las medidas de las correlaciones angulares entre el fot on y los jets. Si solo se requiere un jet en el estado nal, las medidas de la secci on e caz en funci on del angulo de dispersi on en el centro de masa son sensibles al spin de la part cula intercambiada en el canal t proporcionando mayor conocimiento sobre el mecanismo de producci on dominante. Cuando se requieren dos jets, los distintos mecanismos de producci on se pueden estudiar en detalle seleccionando distintas regiones del espacio de fases en las cuales la contribuci on de uno de los mecanismos de producci on se realza respecto al otro.

    Todas las medidas que aqu se presentan se re eren a fotones aislados. El aislamiento se consigui o limitando la cantidad de energ a transversa permitida en un cono de radio R = 0:4 alrededor del fot on. Los jets fueron reconstruidos usando el algoritmo anti-kt con un radio del jet de R = 0:4.

    Los resultados de cuatro an alisis a una energ a en el centro de masas ( p s) de 13 TeV son descritos: las medidas de la secci on e caz inclusiva de producci on de fotones aislados, el cociente de las secciones e caces de producci on de fotones aislados a p s = 13 y 8 TeV, las medidas de la secci on e caz de producci on de un fot on aislado acompa~nado de un jet y las medidas de la secci on e caz de producci on de un fot on aislado acompa~nado de dos jets.

    Las medidas han sido comparadas con las predicciones de los generadores Monte Carlo de primer orden (LO) Pythia y Sherpa que incluyen un tratamiento diferente para los distintos mecanismos de producci on en los elementos de matriz. Adem as, se proporciona la comparaci on con los datos de las predicciones de QCD al siguiente orden (NLO) de JetPhox a nivel part onico corregidas por efectos no perturbativos y de las predicciones de Sherpa NLO que incluyen elementos de matriz calculados a NLO para procesos de +1 y 2 jets y a LO para procesos de +3 y 4 jets complementados con cascada de partones. En general, se ha observado un acuerdo adecuado entre las medidas y las predicciones de QCD con diferentes caracter sticas en la normalizaci on y forma de la secci on e caz que dependen de cada medida individual

  • English

    This document summarises most of my work during the years of my Ph.D. It covers ATLAS Standard Model measurements with a single photon in the nal state, as well as the jet energy scale in situ measurements using +jet events and data quality inspection of the liquid argon calorimeter.

    The production of prompt photons in proton{proton collisions, pp ! + X, provides a testing ground for the theory of quantum chromodynamics (QCD) with a hard colourless probe not a ected by hadronisation. A quantitative understanding of the features of photon production is not only relevant for precision Standard Model measurements but also important for Higgs production and searches for resonances predicted by models beyond the Standard Model.

    Measurements of prompt-photon production at the Large Hadron Collider (LHC) provide a handle on the gluon density in the proton by means of the Compton scattering and can be used to constrain the gluon density function inside the proton. The constraining power of the measurements can be enhanced if they are combined with measurements at di erent centre-of-mass energies. The requirement of jets in the nal state allows to probe the dynamics of the hard-scattering process by measuring the correlations between the photon and the jets. Measurements of the photon plus one jet cross section as a function of the scattering angle in the centre-of-mass frame are sensitive to the spin of the particle exchanged in the t-channel and thus provide insight on the dominant production mechanism. When two jets are required, the production mechanisms can be studied in detail by selecting di erent regions of the phase space in which their contributions are enhanced according to whether the photon is the object with highest or lowest transverse momentum among the three objects considered in the nal state.

    All the measurements presented here refer to isolated photons. Isolation was achieved by limiting the transverse energy allowed inside a cone of size R = 0:4 around the photon.

    Jets were reconstructed using the anti-kt algorithm with jet radius R = 0:4.

    The results of four di erent analyses at p s = 13 TeV are presented, namely the measurement of inclusive isolated-photon cross sections, the ratio of inclusive isolatedphoton cross sections at p s = 13 and 8 TeV, the measurement of the cross section for isolated-photon plus jet production and the cross-section measurements for isolated-photon plus two jets production.

    Leading order (LO) Monte Carlo predictions of Pythia and Sherpa, which include di erent treatments of the production mechanisms already at the matrix-element level, were compared to the measurements. In addition, comparisons with the next-to-leading order (NLO) xed-order calculations of JetPhox corrected for non-perturbative e ects and Sherpa NLO predictions, which include matrix elements of +1 and 2 jets computed at NLO and +3 and 4 jets computed at LO supplemented with parton shower, are provided. In general, agreement was found between the measurements and QCD predictions with di erent features in the predicted cross-section normalisation and shape that depend on the analysis.