We study the possibility of applying deep learning algorithms, suchas Variational Autoencoders, on simulated particle collider data to detectBeyond the Standard Model events. In this report, we apply three dif-ferent processes of training the data for better eciency and the resultsof said training on detecting anomalies. Links to the training and testingdata can be found here: https://www.phenomldata.org/

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(理学) / 甲第19500号 / 理博第4160号 / 新制||理||1597(附属図書館) / 32536 / 京都大学大学院理学研究科物理学・宇宙物理学専攻 / (主査)教授 中家 剛, 教授 谷森 達, 准教授 市川 温子 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Science / Kyoto University / DFAM

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In this thesis we consider a number of past, present, and future neutrino experiments designed to test physics beyond the Standard Model. First, we analyze potential new physics explanations of the NuTeV anomaly and check their compatibility with the most recent experimental data. The models we consider are: gauged Lmu-Ltau, gauged B-3Lmu, and S1, S3, V1, V3 leptoquarks. We find that only the triplet leptoquark models can explain NuTeV and be compatible with the data from other experiments at the same time, and only if the components of the triplet have different masses. Then, we analyze the prospects of discovery of heavy Majorana neutrinos (neutrissimos) suggested by the Okamura model at the LHC. We find that these particles, if produced, will live short enough to decay inside of the detector, while long enough to lead to a narrow peak in the invariant mass spectrum of the decay products. We estimate the typical masses of the neutrissimos to be in the TeV range. However, studies exist that have shown that if their masses are larger than about 150 GeV then the production cross-section is too small to lead to an observable event rate. Thus, we conclude that it will not be possible to detect the neutrissimo at the LHC unless its mass is smaller that about 150 GeV which corresponds to a very small region close to the edge of the parameter space of the Okamura model. Nevertheless, we argue that the signature of the neutrissimo may be detectable in other neutrino experiments which may be carried out in the future. As examples, we consider the NuSOnG experiment, which is a fixed target neutrino scattering experiment proposed at Fermilab, and a hypothetical long-baseline neutrino oscillation experiment in which the Fermilab NUMI beam is aimed at the Hyper-Kamiokande detector in Japan. In addition to the sensitivity to neutrissimos, we analyze the capabilities of these experiments to constraint the coupling constants and masses of new particles in various models of new physics suggested in the literature. The models we consider are: neutrissimo models, models with generation distinguishing Z's such as topcolor assisted technicolor, models containing various types of leptoquarks, R-parity violating SUSY, and extended Higgs sector models. In several cases, we find that the limits thus obtained could be competitive with those expected from direct searches at the LHC. In the event that any of the particles discussed here are discovered at the LHC, then the observation, or non-observation, of these particles in the NuSOnG and Fermilab-to-Hyper-Kamiokande experiments could help in identifying what type of particle had been observed. / Ph. D.

In this thesis we analyze a number of past, current, and future experiments to extract information on physics beyond the Standard Model. We use the Jacobi method to derive a set of simplified expressions for the probabilities of neutrino oscillations in matter. we show the possible constraints that can be placed on various models beyond the Standard Model. In several cases, we find that the limits thus thus obtained could be competitive with those expected from direct searches at the Large Hadron Collider. We then consider the possible effects of new physics beyond the Standard Model on precision measurements. In particular, we look at recent Bell/Babar results on the B meson branching fraction, and the bounds on Tau-decays from Babar. As a general framework of analyzing new physics beyond the Standard Model, we discuss what constraints can be placed on R-parity violating SUSY from these experiments. To complete our analysis, we update the single-coupling bounds on R-parity violating supersymmetry using the most up to date data as of October 2009. In addition to the data listed in the latest Review of Particle Properties, we utilize a new measurement of the weak charge of cesium-133, and preliminary Tau-decay branching fractions from Babar. Analysis of semileptonic D-decay is improved by the inclusion of experimentally measured form-factors into the calculation of the Standard Model predictions. / Ph. D.

We present the results of applying a Fast Boosted Decision Tree (FBDT) algorithm to the task of distinguishing muons from pions in K-Long and Muon (KLM) detector of the Belle II experiment. Performance was evaluated over a momentum range of 0.6 < p < 5.0 GeV/c by plotting Receiver Operating Characteristic (ROC) curves for 0.1 GeV/c intervals. The FBDT model was worse than the benchmark likelihood ratio test model for the whole momentum range during testing on Monte Carlo (MC) simulated data. This is seen in the lower Area Under the Curve (AUC) values for the FBDT ROC curves, achieving peak AUC values around 0.82, while the likelihood ratio ROC curves achieve peak AUC values around 0.98. Performance of the FBDT model in muon identification may be improved in the future by adding a pre-processing routine for the MC data and input variables. / Master of Science / An important task of a high-energy physics experiment is taking the input information provided by detectors, such as the distance a particle travels through a detector, the momentum, and energy deposits it makes, and using that information to identify the particle's type. In this study we test a machine learning model that sorts the particles observed into two categories—muons and pions—by comparing the particle's input values to a threshold value at multiple stages, then assigns a final identity to the particle at the last stage. This is compared to a benchmark model that uses the probabilities that these input variables would be seen from a particle of each type to determine which particle type is most likely. The ability of both models to distinguish muons and pions were tested on simulated data from the Belle II detector, and the benchmark model outperformed the machine learning model.

Dans cette thèse, nous étudions certaines des conséquences liées à la brisure de supersymétrie et à sa transmission à basse énergie. Nous nous sommes concentrés sur les modèles où la brisure de supersymétrie est transmise par l'intermédiaire de messagers. Nous avons réussi à construire un modèle à la fois stable et présentant un spectre non-hiérarchique de particules supersymétriques. Nous avons aussi étudié le couplage des messagers au secteur de grande unification, aboutissant à des spectres atypiques dans le cas de la médiation de jauge, comme celui possédant un neutralino ou un gluino plus léger que le reste du spectre (respectivement LSP et NLSP). Nous avons également comparé deux modèles autour du problème de hiérarchie dans le Modèle Standard, l'un utilisant des symétries de jauge horizontales et l'autre des fonctions d'onde hiérarchiques avec dimension supplémentaire. Enfin, nous avons réfléchi à la facon d'utiliser des superchamps contraints pour travailler sur des modèles où la supersymétrie est réalisée de manière non linéaire

Malgré l'utilisation de détecteurs géants adaptés aux faibles flux au-delà de 1018 eV, l'origine du rayonnement cosmique d'ultra-haute énergie reste pour l'instant mal établie. Dans les années 60, la détection radio des gerbes a été proposée comme une technique complémentaire à la détection de particules au sol ou à la détection par fluorescence. Un renouveau de cette méthode s'est opéré à partir des années 2000, avec notamment l'expérience CODALEMA. Les premiers résultats obtenus ont montré une forte dépendance du signal au champ géomagnétique et une forte corrélation entre l'énergie estimée par la radio et par les détecteurs de particules. La nouvelle génération de détecteurs radio créée par la collaboration CODALEMA permet aujourd'hui de démontrer qu'il est possible de détecter des gerbes de manière autonome. De part les performances attendues (cycle utile de presque 100%, signal provenant de l'ensemble de la gerbe, simplicité et faible coût du détecteur), il pourrait être envisagé de déployer cette technique pour les prochains grands réseaux de détection. Afin d'interpréter les données expérimentales, un outil de simulation radio, SELFAS, a été développé dans ce travail. Ce code de simulation a permis de mettre en évidence l'existence d'un second mécanisme d'émission radio. Une interprétation du profil longitudinal est aussi proposée comme observable d'un instant privilégié du développement de la gerbe, et pourrait donner une estimation de la nature du primaire.

LHCb est l'une des quatre grandes expériences installées sur l'anneau du LHC. Le détecteur a pour but la mesure précise de la violation de CP et de canaux rares de désintégration dans le secteur des mésons B. Le calorimètre de l'expérience est un ensemble de quatre sous-systèmes : le détecteur de pied de gerbe, le ''preshower'' et les calorimètres électromagnétique (ECAL) et hadronique (HCAL). Il est essentiel pour la reconstruction des événements, pour le déclenchement de l'expérience et pour l'identification des électrons et des photons. Après une revue du détecteur LHCb, l'électronique des calorimètres est décrite dans la première partie de ce mémoire. Dans un premier temps l'électronique de lecture des voies des photomultiplicateurs des ECAL et HCAL est présentée en mettant l'accent sur ses performances, puis la carte de contrôle de l'ensemble du système calorimétrique de l'expérience est détaillée. Les chapitres trois et quatre concernent les programmes de test de cette électronique, les choix technologiques permettant de la rendre suffisamment tolérante aux radiations et les mesures quantifiant cette tolérance. La seconde partie de ce mémoire porte d'abord sur l'identification des photons avec les calorimètres de LHCb. La méthode est présentée avec ses performances. Enfin, l'étalonnage absolu en énergie des PRS et ECAL, basée sur les données enregistrées avec le détecteur en 2010, est décrite dans le dernier chapitre de cette même seconde partie.

Ce document résume et ordonne quelques dix années de recherche de son auteur dans le domaine des mesures de précision électrofaibles. Le lecteur y trouvera la description de mesures d'observables de quarks lourds produits au pôle du boson Z et étudiés par le détecteur ALEPH auprès du collisionneur électron-positron LEP jusqu'à des analyses phénoménologiques des données de physique des saveurs conduites au sein du groupe CKMfitter. Une large partie de ce document est consacrée aux travaux non encore publiés de conception, de tests, de production, d'installation et de mise en œuvre des dispositifs électroniques qui équipent le détecteur de pied de gerbes du calorimètre électromagnétique de l'expérience LHCb auprès du LHC.