Calorimeter-Based Triggers at the ATLAS Detector for Searches for Supersymmetry in Zero-Lepton Final States
Kalorimeterbasierte Trigger am ATLAS-Detektor für Suchen nach Supersymmetrie in Null-Lepton-Endzuständen
von Alexander Mann
Datum der mündl. Prüfung:2012-02-16
Erschienen:2012-03-09
Betreuer:Dr. Carsten Hensel
Gutachter:Prof. Dr. Arnulf Quadt
Gutachter:Dr. Carsten Hensel
Dateien
Name:mann.pdf
Size:24.4Mb
Format:PDF
Description:Dissertation
Zusammenfassung
Englisch
This thesis consists of three closely related parts. An analysis of data recorded by the ATLAS detector in 2010 in proton-proton collisions at a center-of-mass energy of 7 TeV with an integrated luminosity of 33.4 pb-1 is performed, searching for supersymmetric final states containing jets and missing transverse energy and no electrons or muons (zero-lepton channel). No excess over the Standard Model background expectation is observed. Using the CLs and PLR methods, exclusion limits are set in a minimal supergravity model with tan β = 3, A0 = 0 GeV and μ > 0 and in a simplified supergravity model. These considerably extend the excluded parameter ranges from earlier experiments. The analysis validates the official analysis carried out within the ATLAS Supersymmetry group and additionally takes into account the uncertainty from pile-up effects.The rates and efficiencies of triggers based on combined signatures with jets plus missing transverse energy in ATLAS are studied, which are the primary triggers for the search for Supersymmetry in the zero-lepton channel. Methods to measure the efficiencies on data are tested and optimized to obtain sufficient statistics. For the measurement of the efficiencies in data collected in 2010 and 2011, the bootstrap method is applied to correct for the sample trigger bias. Different sample triggers based on jets and missing transverse energy are compared and their efficiencies are measured. A reweighting approach is studied and used to correct for the bias from the propagation of the uncertainties in the bootstrap method. The resulting efficiency estimates for the primary triggers allow to determine the onset of the plateau of the two-dimensional turn-on curves and are input to the official analyses in the ATLAS Supersymmetry group in 2010 and 2011.A universal model is developed to describe the contribution of fake missing transverse energy from resolution effects to the rates of missing transverse energy triggers as function of the level of in-time pile-up, i.e. the number of concurrent proton-proton interactions. The input parameters to tune the model to the properties of the ATLAS triggers are determined, and the model predictions are compared to measurements of trigger rates in ATLAS. Good agreement is found for missing transverse energy triggers with low thresholds for which the rates are dominated by resolution effects, whereas the rates for higher thresholds are underestimated due to additional sources of fake and real missing transverse energy which are not incorporated in the model.
Keywords: CERN; Large Hadron Collider; LHC; ATLAS detector; Search; Supersymmetry; SUSY; Zero-lepton channel; Trigger efficiency; Bootstrapping method; Trigger rate; Model; Missing transverse energy; Exclusion limit
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Diese Arbeit besteht aus drei eng zusammenhängenden Teilen. Es wird eine Analyse von Daten des ATLAS-Detektors aus dem Jahr 2010 durchgeführt, die in Proton-Proton-Kollisionen bei einer Schwerpunktsenergie von 7 TeV aufgezeichnet wurden und eine integrierte Luminosität von 33,4 pb-1 umfassen, mit dem Ziel, supersymmetrische Endzustände mit Jets, fehlender transversaler Energie und ohne Elektronen und Myonen nachzuweisen. Dabei wird kein über den erwarteten Standardmodelluntergrund hinausgehender Überschuss an Ereignissen beobachtet. Auf die Massenparameter von zwei supersymmetrischen Szenarien mit gravitationsvermittelter Symmetriebrechung, von mSUGRA mit tan β = 3, A0 = 0 GeV und μ > 0 und von einem vereinfachten Modell, werden Ausschlussgrenzen mithilfe der CLs- und der PLR-Methode gesetzt, welche die Ausschlussgrenzen früherer Experimente deutlich übertreffen. Die Analyse validiert die offiziellen Ergebnisse der ATLAS-Supersymmetrie-Gruppe und berücksichtigt zusätzlich Unsicherheiten infolge der Überlagerung mehrerer gleichzeitiger Proton-Proton-Wechselwirkungen.Die Raten und Effizienzen der im ATLAS-Detektor verwendeten Trigger, die auf kombinierten Signaturen mit Jets und fehlender transversaler Energie beruhen, werden untersucht. Diese Trigger sind die Primärtrigger für die vorgestellte Suche nach Supersymmetrie im Null-Lepton-Kanal. Methoden zur Bestimmung der Triggereffizienzen auf Daten werden getestet und auf größtmögliche Statistik hin optimiert. Für die Messung der Effizienzen auf Daten aus 2010 und 2011 wird die Bootstrap-Methode verwendet, um den Bias der Sample-Trigger zu korrigieren. Verschiedene, auf Jets und fehlender transversaler Energie basierende Sample-Trigger werden verglichen und ihre Effizienzen werden bestimmt. Der Bias, der der Fehlerfortpflanzung in der Bootstrap-Methode inhärent ist, wird untersucht und korrigiert. Die hierdurch mögliche Bestimmung der Lage des Plateaus in den erhaltenen zweidimensionalen Triggereffizienzkurven ist Bestandteil der offiziellen Analysen der ATLAS-Supersymmetrie-Gruppe 2010 und 2011.Um den Anteil der durch Auflösungseffekte hervorgerufenen scheinbaren fehlenden transversalen Energie an den Triggerraten als Funktion der Anzahl der gleichzeitigen Proton-Proton-Wechselwirkungen beschreiben zu können, wird ein allgemeingültiges Modell entwickelt. Die Modellparameter werden an die Eigenschaften des ATLAS-Triggers angepasst und die erhaltenen Vorhersagen mit Messungen der entsprechenden Raten des ATLAS-Triggers verglichen. Eine gute Überstimmung zeigt sich für Trigger mit niedrigen Schwellwerten, deren Raten von Auflösungseffekten dominiert werden, während die Triggerraten für höhere Schwellwerte unterschätzt werden. Dies wird begründet mit dem Auftreten zusätzlicher Quellen von echter und scheinbarer fehlender transversaler Energie, die im Modell nicht abgebildet werden.
Schlagwörter: CERN; Large Hadron Collider; LHC; ATLAS; ATLAS-Detektor; Supersymmetrie; SUSY; Null-Lepton-Kanal; Trigger; Triggereffizienz; Bootstrap-Methode; Triggerrate; Modell; fehlende transversale Energie; Ausschlussgrenze