Esta tesis presenta la medida de la sección eficaz de producción de fotones inmediatos
con |η|<1.0, pT > 30 GeV y asilamiento < 2 GeV usando 2.5 fb-1 de datos tomados por el
detector CDF entre febrero de 2002 y agosto de 2007. La medida incluye 6 veces más
datos que el último resultado publicado al momento de su realización, extendiendo el
rango de pT cubierto por la misma en 100 GeV. La sección eficaz se mide para fotones
de hasta 400 GeV, y testea las predicciones teóricas sobre 6 órdenes de magnitud, un
orden de magnitud más que en resultados previos.
La medida de la sección eficaz de fotones inmediatos ofrece una oportunidad única
para poner a prueba las técnicas de indentificación de fotones en Física de Altas
Energías. En esta tesis, presentamos una nueva técnica para suprimir el ruido de fondo
irreducible que viene de los fotones producidos por la desintegracion de mesones. El
método consiste en ajustar la variable de aislamiento energetico del fotón en el
calorímetro a la suma de las formas esperadas (templates) para esta variable para la
señal y para el ruido de fondo, en diferentes rangos en el momento transverso del
fotón. El método de las templates es simple y está basado únicamente en información
del calorímetro. Además, reduce significativamente el error sistemático asociado con la
pureza de los fotones. En medidas previas durante el Run I de CDF se emplearon
técnicas basadas en la información de los detectores CES y CPR, resultando en
errores sistemáticos y estadísticos de considerable magnitud. Con el método
introducido en esta tesis, el error sistemático en la pureza de los fotones se reduce
desde el 30% de las medidas previas durante el Run I, a un 5% a alto pT de los fotones.
Con la mejora de las simulaciones de Monte Carlo, el método de las templates tiene el
potencial de convertirse en una poderosa herramienta para futuras búsquedas de
nueva física usando estados finales con fotones.
En esta medida, los datos se comparan con predicciones teóricas dadas por
JETPHOX, con CTEQ6.1M PDF, funciones de fragmentación BFGII, y las escalas de
renormalización, fragmentación y factorización fijadas para igualar el momento
transverso del fotón. Los datos se corrigen por efectos de acceptancia y de resolución
del detector, así como por ineficiencias en el proceso de identificación de los fotones,
usando muestras simuladas de fotones inclusivos con PYTHIA. Este procedimento se
denomina unfolding. Los factores derivados del unfolding no presentan una
dependencia fuerte con el pT del fotón, y varían entre un 64% y un 69% en todo el
rango de pT considerado. Las predicciones teóricas están corregidas para tener en
cuenta los efectos no perturbativos, no considerados inicialmente en los cálculos
teóricos. Los errores sistemáticos en la medida son el orden del 13% a bajo pT,
dominados por las incertidumbres en la determinación de la fracción de fotones reales,
mientras a alto pT son del orden de un 15%, mayormente debidos a la incertidumbre en
la escala de energías del fotón. Las incertidumbres en la teoría son debidas a la
incertidumbre en las PDF, de un 5% bajo pT, pero que se incrementa hasta llegar a un 15% a alto pT. La dependencia en las predicciones debido a la particular elección en las
escalas es de un 15% a bajo pT, decreciendo hasta un 8% a alto pT.
Los resultados muestran que la teoría describe bien los datos para fotones por encima
de 40 GeV. En el rango hasta 150 GeV, la producción de fotones inmediatos está
dominada por el proceso Compton de QCD, mientras que para pT más altos los
gluones contribuyen substancialmente a la sección eficaz, y la medida es útil para
imponer límites en las PDF de los gluones. Para pT < 40 GeV los datos están por
encima de las predicciones, reproduciendo las tendencias ya observadas anteriormente
en otras medidas, tanto en colisionadores como en experimentos de blanco fijo. Ésta es
por tanto, probablemente debida no sólo a los efectos sistemáticos en la técnica
experimental empleada, sino que encierran efectos físicos que no han sido tenidos en
cuenta en los cálculos teóricos. La comparación de los datos con predicciones
obtenidas usando la parametrización MRST04 para las PDF resulta en resultados
similares, tanto en forma como en magnitud, a los obtenidos con CTEQ6.1M. El
cuociente data sobre teoría tiene un comportamiento similar en ambos para fotones de
bajo pT, aunque en la totalidad del rango considerado ambas tienen una pendiente
ligeramente distinta.
La medida está aprobada por la Colaboración de CDF y se ha mostrado en numerosas
conferencias internacionales. Los resultados han sido publicados en Physics Review D. / This thesis presents the measurement of the inclusive photon cross section for photons
with |!|<1.0, pT > 30 GeV and isolation < 2 GeV using 2.5 fb-1 of data taken by the CDF
detector between February 2002 and August 2007. This measurement includes 6 times
more data than the last published result, extending its pT coverage by 100 GeV. The
cross section is measured up to 400 GeV, and tests the theoretical predictions over 6
orders of magnitude, one order of magnitude more than in previous results.
The prompt photon cross section measurement offers a unique opportunity to test the
photon identification variables over a large energy range. In this thesis we present a
new technique to suppress the irreducible isolated photons from meson decays. The
method consists of fitting the calorimeter isolation distribution in the data to pure signal
and background templates for every bin in the photon pT. The template method is
simple and is based only on the information from the calorimeter. Moreover, it
significantly reduces the systematic uncertainty associated to the photon purity.
Previous CDF Run I measurements used techniques based on the information collected
by the CES and the CPR detectors, which have considerable statistical dilution and
systematics. With the method introduced in this thesis, the systematic uncertainty in the
photon purity is reduced from 30% in the previous CDF Run I measurements to 5% at
high pT. With the improvement of the Monte Carlo simulations, the template method has
the potential to become a powerful tool for future searches using photon signatures.
In this measurement, the data are compared to theoretical predictions given by
JETPHOX using CTEQ6.1M PDF, BFGII fragmentation functions, and renormalization,
fragmentation and factorization scales set to equal the transverse momentum of the
photon. Data are unfolded back to hadron level to correct for efficiencies and detector
acceptance and resolution using a bib-by-bin unfolding procedure implemented in a
PYTHIA inclusive photon Monte Carlo sample. The unfolding factors do not present a
strong dependence on the photon pT, and vary between 64% and 69% in the range
considered. The theoretical predictions are corrected for non-perturbative QCD effects.
The systematic uncertainties in the measurement are of 13% at low pT, dominated by
the signal fractions, while at high pT they are of about 15%, mainly coming from the
photon energy scale. The uncertainties in the theory are due to the PDF, of around 5%
at low pT and increasing to 15% at high pT. The dependence left in the prediction due to
the choice of the scales is of 15% ay low pT and decreases to around 8% at high pT.
We find agreement between data and theory above 40 GeV. In the pT range until 150
GeV, the prompt photon production is dominated by the QCD Compton process, while
for higher pT gluons substantially contribute to the prompt photon production, though
they are not the dominant source, and the measurement is useful to constrain the gluon
PDF. For pT < 40 GeV the data falls above the theory, reproducing a trend already seen
in previous measurements, both in colliders and fixed-target experiments, and it is probably not only due to systematic effects in the experimental method but more likely
to other physics effects that are not accounted for in the theoretical calculations. The
comparison to the predictions obtained using the MRST04 parameterization for the PDF
is in agreement with the results obtained with CTEQ6.1M for the whole measured
range. The ratio data over theory has a similar shape for both for low pT photons,
though in the whole pT range the ratio presents a slightly different slope.
The measurement is approved by the CDF Collaboration and has been shown in a large
number of international conferences. The results have been also published as a rapid
communication in Physics Review D.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:TDX_UAB/oai:www.tdx.cat:10803/42012 |
| Date | 12 June 2009 |
| Creators | Deluca Silberberg, Carolina |
| Contributors | Grinstein, Sebastian, Martínez Pérez, Mario, Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Física |
| Publisher | Universitat Autònoma de Barcelona |
| Source Sets | Universitat Autònoma de Barcelona |
| Language | English |
| Detected Language | Spanish |
| Type | info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/publishedVersion |
| Format | 142 p., application/pdf |
| Source | TDX (Tesis Doctorals en Xarxa) |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess, ADVERTIMENT. L'accés als continguts d'aquesta tesi doctoral i la seva utilització ha de respectar els drets de la persona autora. Pot ser utilitzada per a consulta o estudi personal, així com en activitats o materials d'investigació i docència en els termes establerts a l'art. 32 del Text Refós de la Llei de Propietat Intel·lectual (RDL 1/1996). Per altres utilitzacions es requereix l'autorització prèvia i expressa de la persona autora. En qualsevol cas, en la utilització dels seus continguts caldrà indicar de forma clara el nom i cognoms de la persona autora i el títol de la tesi doctoral. No s'autoritza la seva reproducció o altres formes d'explotació efectuades amb finalitats de lucre ni la seva comunicació pública des d'un lloc aliè al servei TDX. Tampoc s'autoritza la presentació del seu contingut en una finestra o marc aliè a TDX (framing). Aquesta reserva de drets afecta tant als continguts de la tesi com als seus resums i índexs. |
Page generated in 0.0033 seconds