Studies of quantum chromodynamics and measurement of the strong coupling constant with jets from the CMS experiment at the LHC

Η παρούσα διατριβή ασχολείται με την πειραματική επιβεβαίωση της διαταρακτικής Κβαντικής Χρωμοδυναμικής όπως περιγράφεται από το Καθιερωμένο Πρότυπο. Η διατριβή αποτελείται από τρεις αναλύσεις με πίδακες σωματιδίων στην τελική κατάσταση. Τα δεδομένα συλλέχθηκαν από το πείραμα῝ΜΣ κατά την διάρκεια συγκρούσεων προτονίων-προτονίων στον επιταχυντή ΛΗ῝. Η πρώτη ανάλυση μετράει την σταθερά ισχυρής αλληλεπίδρασης, αs, από την ολική διαφορική ενεργό διατομή πιδάκων. Τα δεδομένα συλλέχθηκαν από συγκρούσεις προτονίων-προτονίων σε ενέργεια κέντρου μάζας 7 TeV,και αντιστοιχούν σε ολοκληρωμένη φωτεινότητα 5.0 f b−1 . Η τιμή της σταθεράς στη μάζα του μποζονίου Ζ, βρέθηκε να είναι αs(MZ) = 0.1185 ±0.0019(exp) +0.0037 −0.0060(theo) και είναι σε συμφωνία με τον παγκόσμιο μέσο όρο. Επίσης μελετήθηκε η ασυμπτωτική φύση της σταθεράς και φαίνεται να είναι σε συμφωνία με τους θεωρητικούς υπολογισμούς. Η δεύτερη ανάλυση μετράει την σταθερά ισχυρής αλληλεπίδρασης, ας, από τον λόγο της ενεργής διατομής 3 προς 2 πιδάκων σωματιδίων. Τα δεδομένα συλλέχθηκαν από συγκρούσεις πρωτονίων- πρωτονίων σε ενέργεια κέντρου μάζας 7 TeV, και αντιστοιχούν σε ολοκληρωμένη φωτεινότητα 5.0 f b−1 . Η τιμή της σταθεράς στη μάζα του μποζονίου Ζ, βρέθηκε να είναι αs(MZ) =0.1148 ± 0.0014(exp.) ± 0.0018(P DF) ± 0.0050(theory), συγκρίνοντας την πειραματική μέτρηση και τη θεωρία στην περιοχή, 0.42 < hpT1,2i < 1.39TeV. Αυτή η μέτρηση αποτελεί την πρώτη μέτρηση της σταθεράς ισχυρής αλληλεπίδρασης σε κλίμακα πέραν των 0.6 TeV. Από αυτή την ανάλυση δεν φάνηκε καμία απόκλιση από την θεωρία. Η τρίτη ανάλυση μετράει τις απο συσχετίσεις των αζιμουθιακών γωνιών ανάμεσα στους δύο πίδακες με την μεγαλύτερη εγκάρσια ορμή. Η μέτρηση πραγματοποιήθηκε σε εφτά περιοχές οι οποίες ορίζονται από το μέγεθος της εγκάρσιας ορμής του πίδακα με την μεγαλύτερη εγκάρσια ορμή σε ένα γεγονός. Τα δεδομένα συλλέχθηκαν από συγκρούσεις πρωτονίων-πρωτονίων σε ενέργεια κέντρου μάζας 8 TeV, και αντιστοιχούν σε ολοκληρωμένη φωτεινότητα 19.7 f b−1. Οι αζιμουθιακές αποσυσχετίσεις προκύπτουν από την εκπομπή επιπλέον πιδάκων και εξαρτώνται από την τοπολογία των γεγονότων με πολλαπλούς πίδακες. Τα αποτελέσματα συγκρίνονται με προβλέψεις από τη διαταρακτική Κβαντική Χρωμοδυναμική και προσομοιώσεις γεγονότων από γεννήτορες Monte Carlo. Από τις συγκρίσεις φαίνεται ότι οι γεννήτορες γεγονότων με δύο παρτόνια στην τελική κατάσταση αδυνατούν να περιγράψουν την μέτρηση. Καλύτερη συμφωνία επιτυγχάνεται όταν χρησιμοποιήθηκαν θεωρητικά εργαλεία τα οποία παράγουν τουλάχιστον τρία παρτόνια. Αυτή η παρατήρηση καταδεικνύει την ανάγκη για την βελτίωση των υπολογισμών πολλαπλών πιδάκων.