Simultaneous production of a W boson and a charm in high-energy proton-proton collisions - Alanko, Ville (2025)
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.)