Dissertação
{pt_PT=Optimization of the Selection of Hidden Particles in the SHiP Experiment} {} EVALUATED
{pt=Apesar do Modelo Padrão (MP) ser uma das maiores conquistas em Física, não consegue explicar alguns fenómenos observáveis. Para isso, novos mecanismos ou partículas são necessários, como Neutrinos Estéreis ou Para-fotões do Hidden Sector. Os Neutrinos Estéreis são neutrinos massivos hipotéticos que não acoplam à força fraca, mas que se misturam com os neutrinos do MP. Os Para-fotões são bosões massivos teoricamente previstos que se misturam com os fotões do MP. A experiência SHiP procurará detectar estas partículas, entre outras, através da observação directa de pelo menos dois decaimentos para produtos do MP. No entanto isto requer sistemas de veto de ruído. Nesta tese apresentamos vários vetos de ruído optimizados para a experiência SHiP, recorrendo às propriedades cinemáticas das partículas reconstruídas. Os Neutrinos Estéreis ($N$) são estudados para massas entre 0.7 e 1.4 GeV/c^2, e os Para-fotões ($A'$) para massas entre 0.021 e 4.4 GeV/c^2. Os modos de decaimento mais relevantes são considerados para ambas as partículas. Utilizam-se tanto uma abordagem de cortes cinemáticos, bem como métodos de aprendizagem automática (Machine Learning). A utilização de redes neuronais fornece os melhores resultados, com eficiências de seleção superiores a 97\% para as amostras de $N\rightarrow \mu^\mp \pi^\pm$ e $A'\rightarrow \mu^- \mu^+$. Estudos de seleção são ainda relizados no cenário alternativo em que a câmara de decaimento (Decay Vessel) se encontra à pressão atmosférica em lugar de vácuo. Comparam-se as eficiências e níveis de ruído obtidos nos dois cenários., en=Although the Standard Model (SM) is one of the biggest achievements in physics, it cannot explain several outstanding phenomena. This requires the introduction of new mechanisms or particles to the SM, such as Heavy Neutral Leptons or Dark Photons of the Hidden Sector. Heavy Neutral Leptons are hypothetical massive neutrino-like particles that do not couple to any SM forces, but do mix with SM neutrinos. Dark Photons are massive vector-like theorized particles that can mix with SM photons. These Hidden Sector particles are some of the biggest prospects at the SHiP experiment, which will try to discover them through the direct observation of at least two decays to the SM. This requires several background veto systems. In this thesis we suggest several optimized background veto criteria for the SHiP experiment using the kinematic properties of the reconstructed particles, regarding Heavy Neutral Leptons ($N$) in the mass range between 0.7 and 1.4 GeV/c^2, and Dark Photons ($A'$) in the mass range between 0.021 and 4.4 GeV/c^2. The most relevant decay modes are considered, and both a cut-based approach and machine learning methods are applied. The utilization of neural networks provided the best results, with selection efficiencies above 97% for the $N\rightarrow \mu^\mp \pi^\pm$ and $A'\rightarrow \mu^- \mu^+$ samples. Selection studies are also shown for an alternative scenario where the Decay Vessel is set at atmospheric pressure instead of the currently planned vacuum. HS selection efficiencies and background rejection are compared between both scenarios.}
janeiro 25, 2021, 11:0
Publicação
Obra sujeita a Direitos de Autor
Orientação
ORIENTADOR
Nuno Teotónio Viegas Guerreiro Leonardo
Departamento de Física (DF)
Professor Auxiliar Convidado
