| Yhteenveto: | Tässä opinnäytetyössä tutkitaan protoni-protoni-törmäyksissä tapahtuvaa W + ctuottoa massakeskipiste-törmäysenergialla √ s = 13 TeV. Tämä prosessi voisi auttaa parantamaan ymmärrystämme outo-kvarkin jakaumasta protonien sisällä. W∓ + D(∗)±-tuottoa, jossa lumo-mesonin D(∗)± alkuperä on lumo-kvarkki, tutkitaan käyttämällä MCFM:stä saatuja johtavan ja toisen kertaluvun differentiaalisia vaikutusaloja, jotka konvoluoidaan fragmentaatiofunktioiden kanssa. Tuloksia verrataan kokeellisiin mittaustuloksiin ATLAS-ilmaisimelta LHC:ssä CERNissä. Matriisielementtilasku prosessille suoritetaan häiriöteorian johtavassa kertaluvussa, ottaen huomioon nollasta poikkeava lumo-kvarkin massa ja tarkastellen W:n leptonista hajoamiskanavaa. Johtavan kertaluvun tuloksien avulla numeerisesti selvitetyt differentiaaliset vaikutusalat todetaan vastaavan MCFM-ohjelmistolla saatuja tuloksia. Toisen kertaluvun tulokset integroidulle vaikutusalalle W∓ + D(∗)±-tuotossa todetaan olevan suurempia kuin mitatut arvot, D± mesonien tapauksessa ∼ 6% ja D∗± mesonien tapauksessa ∼ 15%. D± mesonien tapauksessa skaalavariaatiosta ja statistisesta virheestä johtuva epävarmuus on yhteensopiva mitattujen arvojen epävarmuusalueiden kanssa. Kirjallisuudesta löytyvät teoriaennusteet ovat lähempänä kokeellista dataa. Eroa näiden ennusteiden ja tässä työssä saatujen tulosten välillä pohditaan, ja mahdollisiksi syiksi luetellaan erot fragmentaation mallinnuksessa sekä eriävät parametrivalinnat. Lisäksi selvitetään tuottosuhde lumo-antikvarkeille suhteessa lumo-kvarkkeihin, jolle saadaan arvo R± c = 0.97±0.03. Tämä vastaa hyvin tarkasti ATLAS-ilmaisimella määritettyä arvoa R± c = 0.971 ± 0.006(stat.)±0.011(syst.)
In this thesis, the production of W + c in proton-proton collisions is studied with center-of-mass collision energy √ s = 13 TeV. This process could help improve our understanding of the strange quark distribution inside protons. The production of W∓ + D(∗)±, where the charmed meson D(∗)± originates from the charm quark, is studied using leading- and next-to-leading-order differential cross sections from MCFM for the production of W + c, convoluted with fragmentation functions. The results are compared with experimental data from the ATLAS detector at the LHC at CERN. The calculation of the matrix element is performed at leading order in perturbation theory, taking into account the finite charm mass and considering a leptonic decay for the W boson. Differential cross sections derived numerically from the leading order calculation are found to agree with the program MCFM. The next-to-leading order results for the integrated cross section in W∓ + D(∗)± production are found to be higher than the measured values, by ∼ 6% for D± and ∼ 15% for D∗±. In the case of D±, the estimated uncertainty from scale variation and statistical error overlaps with the measurement. However, theoretical predictions found from literature agree more closely with the data. The observed tension between these predictions and our results is discussed, with possible explanations including differences in fragmentation modeling and parameter choices. Furthermore, the production ratio of charm antiquarks to charm quarks is predicted as R± c = 0.97 ± 0.03, consistent with the ATLAS measurement of R± c = 0.971 ± 0.006(stat.)±0.011(syst.).
|
|---|