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Higgs粒子是标准模型中预言的基本粒子,也是其中唯一尚未被实验发现的粒子。因此,Higgs粒子的寻找是近几十年许多前沿高能物理实验最重要的物理目标。在标准模型中,W±Z0玻色子通过真空自发破缺的Higgs机制获得质量,而费米子则通过和Higgs的汤川耦合获得质量。汤川耦合是Higgs粒子的重要特性,也是区分标准模型和非标准模型的重要标志之一。
位于欧洲核子中心的大型强子对撞机(LHC)是设计质心能量为14TeV的质子一质子对撞机,ATLAS是LHC上大型通用谱仪,他们即将于今年夏天开始运行取数。ATLAS实验研究的主要物理目标是寻找Higgs粒子,超对称SUSY粒子以及电弱理论的精确检验等。
本文利用LHC上ATLAS实验即将取数前计算系统试运行(Computing Sys-tem Commissioning)全模拟数据,研究了在早期低亮度30,6-1积分亮度下,利用t(t)H,H→WW(*)衰变道测量Higgs质量在120到200GeV区间顶夸克汤川耦合常数的可行性。本文首次详细研究了trigger,pileup和各种可能的系统误差。在Higgs质量为160GeV情况下,结合其两轻子末态和三轻子末态的分析,将能够观测到2σ的Higgs信号,σt(t)H×BRH→WW(*)联合分支比的测量精度达到47%,这将给出顶夸克汤川耦合常数的重要信息。这是首次利用全模拟数据对t(t)H,H→WW(*)进行研究,也是该物理道首次包括系统误差分析。
t(t)H,H→WW(*)分析中最大的难点是从大量本底中找出信号,由于t(t)H,H→WW(*)信号产生截面只有典型本底t(t)的千分之一,而且末态比较复杂,包含了至少四个喷注和二个轻子,二个中微子,从而很难重建出Higgs质量谱。轻子孤立化是本分析中压制本底的重要方法。本文提出了独特的Cone孤立化判选方案,对本分析中主要本底t(t)压低到未使用该判选之前的五分之一。
轻子的能量标度是t(t)H,H→WW(*)分析的系统误差之一,超低能电子刻度的线性能够增进电子能量的标度的性能。‘本文还利用束流位置探测器,对真实实验束数据在单个电子的级别上,检测了超低能电子的线性。同时,还研究了ATLAS超低能电子实验束中电子能量的刻度,利用蒙特卡罗的模拟计算出超低能电子5×5多种子clustering的刻度常数,给出了电子能量线性一种可能改进的刻度方案。