Rychlé simulace detektoru ATLAS pro B-fyzikální analýzy

• Thesis title in Czech: Rychlé simulace detektoru ATLAS pro B-fyzikální analýzy
• Thesis title in English: Fast simulations of ATLAS detektor for B-physics analyses
• Key words: CERN|LHC|ATLAS|Delphes|Simulace|B-fyzika|b-kvark
• English key words: CERN|LHC|ATLAS|Delphes|Simulations|B-physics|b-quark
• Academic year of topic announcement: 2023/2024
• Thesis type: Bachelor's thesis
• Department: Institute of Particle and Nuclear Physics (32-UCJF)
• Supervisor: doc. RNDr. Pavel Řezníček, Ph.D.
• Author: hidden - assigned and confirmed by the Study Dept.
• Date of registration: 10.11.2023
• Date of assignment: 20.11.2023
• Confirmed by Study dept. on: 20.11.2023

Guidelines

Student/ka se stručně seznámí s analýzami proton-protonových srážek na experimentu ATLAS, a to těch, ve kterých vznikají hadrony obsahující b-kvark (B-fyzikální analýzy). Úkolem je prostudovat program Delphes určený pro rychlé simulace částicových experimentů, resp. jejich detektorů, a prověřit a případně upravit konfiguraci tohoto programu tak, aby poskytoval co nejlepší simulace detektoru ATLAS právě pro B-fyzikální analýzy. Student/ka bude vycházet z plných simulací některého z rozpadů b-hadronů na experimentu ATLAS. Tyto plné simulace sice poskytují velmi přesný popis rozlišení a účinnosti detektoru, jsou ovšem zároveň velmi pomalé a tedy ne úplně vhodné pro rychlé studie. Po instalaci programu Delphes (a dalšího potřebného softwaru pro analýzu dat), tedy student/ka porovná data z obou typů simulací, případně zohlední také publikace popisující přesnost a účinnost sub-detektorů experimentu ATLAS. Porovnání následně demonstruje na simulaci výše vybraného signálního rozpadu b-hadronu, kdy se zaměří na přesnost měření klíčových veličin: transverzální hybnosti, směru letu částic, invariantní hmoty atd. Dále použije program Delphes k simulaci kombinatorického pozadí.

References

Program Delphes pro rychlé simulace částicových detektorů: https://cp3.irmp.ucl.ac.be/projects/delphes
Program pro simulace srážek protonů (Pythia8): https://pythia.org/
SW pro analýzu nasimulovaných dat (ROOT): https://root.cern.ch/
The ATLAS Experiment at the CERN Large Hadron Collider, JINST 3 (2008) S08003: http://dx.doi.org/10.1088/1748-0221/3/08/S0800
Search for New Physics in b-hadron decays at the ATLAS experiment, Pavel Řezníček, hab. thesis in submission

Preliminary scope of work

Simulace odezvy detektorů jsou nedílnou součástí každého částicového experimentu. Plná simulace zahrnuje simulaci fyzikálních procesů při průchodu částic materiálem detektoru (typicky programem Geant4), a následující simulaci odezvy elektroniky jednotlivých detektorových subsystémů (tzv. digitalizaci). Výsledkem je pak velmi přesný popis rozlišení detektoru a jeho účinnosti. Taková to simulace je však kvůli své komplexnosti velmi pomalá. Pro rychlé studie lze využít jednodušší simulace, kdy jsou rozlišení a účinnost detektoru přímo parametrizovány empirickými funkcemi určenými z plných simulací. Cílem této bakalářské práce je studovat program Delphes pro rychlé simulace experimentu ATLAS, a to na případech proton-protonových srážek, ve kterých vznikají hadrony obsahující b-kvark.

Preliminary scope of work in English

Detector response simulations are a necessary part of any experiment in the field of elementary particle physics. So-called Full simulation involves the simulation of the physical processes as the particles pass through the detector material (using Geant4 toolkit), followed by the simulation of the response of the electronics of the individual detector subsystems (so-called digitization). The result is then a very accurate description of the detector resolution and efficiency. However, such a simulation is very slow due to its complexity. For fast studies, simpler simulations can be used where the detector resolution and efficiency are directly parameterized by empirical functions determined from Full simulations. The aim of this bachelor thesis is to study the Delphes program for fast simulations of the ATLAS experiment, using events of proton-proton collisions in which hadrons containing b-quark are produced.