Hledání axion-like particles na budoucím urychlovači FCC-ee

Abstract

1 This bachelor's thesis investigates the possibilities for searching for axion-like particles (ALPs) at the future electron-positron collider FCC-ee in the three-photon final-state channel. The motivation for this study lies in the fact that FCC-ee, thanks to its high luminosity and clean experimental environment, will provide favorable conditions both for precision measurements of the Standard Model and for searches for new physics beyond it, including the study of ALPs. The scenario considered assumes that the ALP is produced in association with a photon and subsequently decays into a pair of photons. The analysis is based on simulated data corresponding to the FCC-ee environment, generated using a combination of the PYTHIA and Delphes programs and subsequently processed within the ROOT framework. First, the structure of the data was examined via a reference sample and, using Monte Carlo truth information, the basic kinematic properties of the ALP decay photons were studied. The reconstruction quality was then assessed, and the kinematics of all photons in the considered process were analyzed. The main objective of the thesis was to identify the correct photon pair originating from the ALP decay. The performance of methods based on transverse momentum and angular separation shows a strong dependence on...

1 Tato bakalářská práce se zabývá možnostmi hledání axion-like particles (ALP) na budoucím elektron-pozitronovém urychlovači FCC-ee v kanálu s třífotonovým konečným stavem. Motivací práce je skutečnost, že FCC-ee díky vysoké luminozitě a čistému experimentálnímu prostředí nabídne příznivé podmínky jak pro přesná měření Standardního modelu, tak pro hledání nové fyziky za jeho hranicemi, kam spadá i studium ALP. Uvažován je scénář, v němž ALP vzniká v asociaci s fotonem a následně se rozpadá na dvojici fotonů. Analýza vychází ze simulovaných dat odpovídajících prostředí urychlovače FCC-ee, generovaných kombinací programů PYTHIA a Delphes a následně zpracovaných v prostředí ROOT. Na referenčním vzorku byla nejprve studována jejich struktura a s využitím Monte Carlo informací byly analyzovány základní kinematické vlastnosti rozpadových fotonů ALP. Následně byla posouzena kvalita rekonstrukce a analyzována kinematika všech fotonů v uvažovaném procesu. Cílem práce byla identifikace správné dvojice fotonů z rozpadu ALP. Účinnost metod založených na příčné hybnosti a úhlovém rozlišení vykazuje silnou závislost na hmotnosti a kinematice ALP. Zatímco pro různé hmotnostní oblasti jsou optimální odlišné kinematické strategie, při dostupnosti přibližného odhadu hmotnosti ALP dosahuje nejlepších výsledků výběr páru s...