Autoreferat. Paweł Malecki Instytut Fizyki Jądrowej im. H. Niewodniczańskiego Polskiej Akademii Nauk w Krakowie. 3 kwietnia 2019 r.

Transkrypt

1 Autoreferat Paweł Malecki Instytut Fizyki Jądrowej im. H. Niewodniczańskiego Polskiej Akademii Nauk w Krakowie 3 kwietnia 2019 r. 1. Dane osobowe Imię i nazwisko: Paweł Malecki 2. Posiadane dyplomy, stopnie naukowe Dyplom magistra nauk fizycznych Uniwersytet Jagielloński w Krakowie, wydział Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej, 2006 r. Tytuł pracy magisterskiej: Identification of electromagnetic cascades using forward detectors in H1 detector at HERA. Promotor: Prof. dr hab. Jacek Turnau (IFJ PAN) Dyplom doktora nauk fizycznych Instytut Fizyki Jądrowej im. H Niewodniczańskiego Polskiej Akademii Nauk w Krakowie, 2011 r. Tytuł rozprawy doktorskiej: Measurement of the W -> eν cross-section in proton proton collisions at s=7 TeV with the ATLAS detector at the LHC and Monte Carlo studies for W->τν observability potential. Promotor: Prof. dr hab. Elżbieta Richter - Wąs, Recenzenci: Prof. dr hab. Barbara Wosiek, Prof. dr hab. Krzysztof Doroba (Uniwersytet Warszawski). 1

2 3. Informacje o dotychczasowym zatrudnieniu w jednostkach naukowych Od października 2011: Adiunkt w Zakładzie Eksperymentu ATLAS Instytutu Fizyki Jądrowej PAN w Krakowie, Październik Wrzesień 2011: Studia doktoranckie, Międzynarodowe Studium Doktoranckie w Instytucie Fizyki Jądrowej PAN w Krakowie. Zarys kariery zawodowej Moje aktywne zainteresowanie fizyką cząstek elementarnych rozpoczęło się od udziału w programie DESY Summer Student w lecie 2004 roku, odbywanych we wiodącym podówczas ośrodku eksperymentalnej fizyki wysokich energii w Europie - DESY w Hamburgu. Poznałem tam podstawowe techniki analizy danych i zasady działania wielkich eksperymentów. Zaowocowało to późniejszą pracą magisterską, realizowaną w ramach eksperymentu H1 pod kierunkiem prof. J. Turnaua z Instytutu Fizyki Jądrowej PAN. Po obronie pracy magisterskiej w 2006 roku zostałem przyjęty do Międzynarodowego Studium Doktoranckiego IFJ PAN, w ramach którego rozpocząłem pracę w Zakładzie Eksperymentu ATLAS pod kierunkiem prof. Elżbiety Richter - Wąs. Wtedy po raz pierwszy zetknąłem się z tematyką rekonstrukcji i identyfikacji hadronowych rozpadów leptonów τ. Na początku krótko brałem udział w testach rozwijanego w krakowskiej grupie algorytmu odpowiedzialnego za te zadania, a następnie, w ramach realizacji rozprawy doktorskiej rozwijałem projekt analizy prowadzącej do pomiaru przekroju czynnego procesu produkcji bozonów W i obserwacji ich rozpadu na parę tau - neutrino. Badając możliwości eksperymentalne detektora ATLAS i układu wyzwalania opracowałem kryteria wyboru przypadków, mające na celu odrzucenie ogromnej ilości przypadków tła (pochodzącego od procesów wielodżetowych) przy jednoczesnym zachowaniu jak największej ilości przypadków analizowanego sygnału. Analiza ta, przygotowana w oparciu o symulacje Monte Carlo została później wykorzystana przez współpracę ATLAS do przeprowadzenia projektowanego pomiaru na danych pochodzących z rzeczywistych zderzeń na akceleratorze LHC. Ze względu jednak na ograniczenia czasowe i opóźnienie zbierania danych po niesławnym wypadku na LHC w 2008 roku, częścią rozprawy doktorskiej stała się jedynie jej część przygotowawcza. Ponadto brałem udział w prowadzonym na pierwszych rzeczywistych danych eksperymentu ATLAS pomiarze przekroju czynnego W -> eν. Tu również uczestniczyłem w tworzeniu procedury wyboru przypadków do analizy w oparciu o możliwości eksperymentalne. W związku z realizacją tematyki rozprawy doktorskiej odbyłem bardzo wiele pobytów w ośrodku CERN pod Genewą. Ich czas trwania wynosił zwykle od tygodnia do miesiąca a liczba wynosiła ok. 6-8 na rok. Podczas tych pobytów uczestniczyłem w zebraniach grup roboczych współpracy ATLAS, na których prezentowałem wyniki 2

3 swoich prac i brałem aktywny udział w dyskusjach nad innymi analizami. Pobyty w ośrodku CERN pozwoliły mi także na kontakt z fizykami z innych grup badawczych z całego świata, wymianę doświadczeń i naukę technik analizy danych, metod statystycznych i narzędzi programistycznych. Brałem także udział w tzw.,,szychtach, czyli dyżurach w pokoju kontrolnym eksperymentu ATLAS podczas zbierania danych. Miały one na celu ciągłą obserwację działania podsystemów detektora ATLAS, sprawdzanie czy pracują one poprawnie i szybką reakcję w razie awarii. W trakcie studiów doktoranckich realizowałem grant promotorski pt. Pomiar przekroju czynnego na produkcję bozonu W w eksperymencie ATLAS. Pracę doktorską pt. Measurement of the W -> eν cross-section in proton proton collisions at s=7 TeV with the ATLAS detector at the LHC and Monte Carlo studies for W->τν observability potential obroniłem w 2011 roku. W październiku 2011 r. zostałem zatrudniony w IFJ PAN na stanowisku adiunkta i kontynuowałem pracę w Zakładzie Eksperymentu ATLAS. Rozpocząłem wtedy pracę nad rozwojem oficjalnego pakietu oprogramowania do identyfikacji hadronowych rozpadów leptonów τ w eksperymencie ATLAS, TauDiscriminant. Pakiet ten używany był z powodzeniem przez wszystkie analizy wykorzystujące leptony τ w tym eksperymencie aż do końca Run 2. Moja rola polegała na kierowaniu pracami nad zawartymi w nim metodami identyfikacji opartymi głównie na analizie wielu zmiennych (ang. Multivariate Analysis, MVA). Ponadto dokonałem zmiany struktury wspomnianego pakietu w celu znaczącego polepszenia szybkości jego działania. Było to niezbędne dla zmniejszenia całościowego czasu działania algorytmów rekonstruujących przypadki zderzeń w eksperymencie ATLAS. Współpracowałem przy tym z fizykami z grup z Simon Fraser University (Burnaby, Kanada), z Instytutu Nielsa Bohra w Kopenhadze, z Uniwersytetu w Oxfordzie oraz z Uniwersytetu we Fryburgu Bryzgowijskim (Niemcy). W tym samym czasie przejąłem także rolę głównego autora algorytmu do rekonstrukcji mezonów π 0 w hadronowych rozpadach τ, Pi0Finder. Algorytm ten, oparty o właściwości klastrów kalorymetrycznych wykorzystywany był podczas zbierania danych w trakcie tzw. Run 1 LHC i stanowił część oficjalnego oprogramowania do rekonstrukcji hadronowych rozpadów leptonów τ. Idee zaimplementowane w tym algorytmie po raz pierwszy stały się podstawą do budowy nowego algorytmu rekonstruującego leptony τ w oparciu o indywidualne produkty ich rozpadów, TauParticeFlow. Brałem udział w jego tworzeniu (głównie w kontekście rekonstrukcji neutralnych pionów), testach i optymalizacji a także w pomiarach jego działania na rzeczywistych danych eksperymentu ATLAS. Prace te prowadziłem we współpracy z grupą prof. Jochena Dingfeldera z Uniwersytetu w Bonn. W 2012 roku rozpocząłem pracę nad pomiarem polaryzacji leptonów τ w rozpadach Z->ττ. Zaprojektowałem ogólną strategię analizy a także zoptymalizowałem procedurę wyboru przypadków i przygotowałem analizę statystyczną. Po dołączeniu grup z Uniwersytetów Yale oraz Bonn kierowałem pracami 3

4 zespołu liczącego ok. 10 osób nad dalszym rozwojem tego pomiaru, rozwijałem analizę statystyczną, a także zajmowałem się oszacowaniem niepewności systematycznych. Pełniłem wiodącą rolę w tej analizie, byłem także głównym edytorem dokumentującej ją publikacji współpracy ATLAS. W 2014 roku, w wyniku zebrania współpracy ATLAS w Aix-les-Bains rozpoczęło się moje zainteresowanie bezpośrednimi poszukiwaniami fizyki spoza Modelu Standardowego. Dołączyłem do grupy planującej poszukiwanie ciężkiego, elektrycznie obojętnego bozonu Higgsa, produkowanego wraz z kwarkami b i rozpadającego się na parę kwarków b. Niedługo po dołączeniu objąłem wiodącą rolę w tej analizie i wniosłem istotny wkład do wszystkich jej etapów, począwszy od przygotowania próbek z symulacji Monte Carlo, poprzez optymalizację procedur wyboru przypadków i oszacowania tła, aż po zaprojektowanie i przeprowadzenie całej analizy statystycznej prowadzącej do uzyskania końcowych wyników. Byłem także współedytorem publikacji. Przy okazji zaznajomiłem się dogłębnie z metodami oznaczania dżetów hadronowych pochodzących od kwarków b, a także zyskałem duże doświadczenie w prowadzeniu analizy statystycznej wykorzystującej dopasowanie metodą największej wiarygodności ( Maximum Likelihood ). Współpracowałem przy tym z grupami ze Stanford Linear Accelerator Center (SLAC) w USA oraz z Uniwersytetu w Belgradzie. W ramach prac po zakończeniu studiów doktoranckich odbyłem wielokrotne pobyty w ośrodku CERN (także w ramach dyżurów -,,szycht ), a także na uniwersytetach we Fryburgu i Bonn oraz na Uniwersytecie Piotra i Marii Curie w Paryżu. Podczas tych pobytów uczestniczyłem w zebraniach grup roboczych współpracy ATLAS, zebraniach plenarnych, jak również współpracowałem z członkami grup badawczych z wymienionych placówek zdobywając doświadczenie i wiedzę potrzebną w dalszym ciągu mojej drogi zawodowej. Moje zainteresowania fizyką z leptonami τ oraz kwarkami b w stanach końcowych zaowocowały zaprezentowaną rozprawą habilitacyjną, w której przedstawiam wybrane wyniki prowadzonych w eksperymencie ATLAS pomiarów z wykorzystaniem tychże stanów końcowych. Plany na przyszłość Głównym moim zainteresowaniem w tym momencie jest poszukiwanie tzw. Nowej Fizyki - zjawisk spoza Modelu Standardowego, w ramach eksperymentów fizyki wysokich energii. Obecnie pracuję nad rozwinięciem opisanej powyżej analizy poszukującej ciężkiego bozonu Higgsa. Analiza ta w swojej kolejnej wersji obejmie pełny zbiór danych z Run 2 (ok. 4 razy więcej danych niż w pierwszej wersji analizy), planuję także rozwinięcie stosowanych w niej technik oszacowania tła, użycie metod analizy wielu zmiennych do lepszego rozdzielenia potencjalnego sygnału od tła i dalsze 4

5 rozwinięcie analizy statystycznej. Część tej analizy może stanowić temat pracy magisterskiej lub fragmentu pracy doktorskiej. Planuję ponadto włączyć się w poszukiwanie ciężkiego bozonu Higgsa w stanach końcowych z leptonami τ, prowadzonej obecnie w eksperymencie ATLAS przy udziale grupy krakowskiej. Dalsze plany badawcze uzależniam po części od wyników uzyskanych w opisywanych wyżej punktach. W przypadku uzyskania silnego wykluczenia istnienia ciężkich bozonów Higgsa zamierzam zainteresować się bardziej poszukiwaniem produkcji stanów dwu-higgsowych, gdzie można badać ich niestandardowe sprzężenia stanowiące, być może, komplementarne do poszukiwań ciężkich stanów masowych okno na Nową Fizykę. 4. Wskazanie osiągnięcia wynikającego z art. 16 ust. 2 ustawy z dnia 14 marca 2003 r. o stopniach naukowych i tytule naukowym oraz o stopniach i tytule w zakresie sztuki (Dz. U r. poz 1789): a, b) Jako osiągnięcie naukowe zgłaszam monografię pt.: Selected measurements of final states with third-generation fermions in proton - proton collisions using the ATLAS detector at the LHC. Autor: Paweł Malecki wydaną nakładem Instytutu Fizyki Jądrowej im. H. Niewodniczańskiego Polskiej Akademii Nauk, Kraków 2019, ISBN c) omówienie celu naukowego i osiągniętych wyników Historia fermionów trzeciej generacji sięga lat 70-tych XX wieku. Propozycja ich istnienia, wysunięta przez Kobayashiego i Maskawę szybko znalazła potwierdzenie eksperymentalne dzięki odkryciom leptonu τ i kwarku b. Od tego czasu oba te rodzaje fermionów były dokładnie badane w licznych eksperymentach, takich jak Belle, BaBar, eksperymenty na akceleratorze LEP i inne. Ich właściwości, takie jak masa czy stosunki rozgałęzień, są znane z dużą precyzją. Ze względu na to, obecnie, w erze akceleratorów hadronowych, takich jak LHC, czy wcześniej Tevatron, badania wykorzystujące leptony τ i kwarki b skupiają się bardziej na procesach, w których te są produkowane, niż na właściwościach ich samych. Stanowi to bardzo istotny punkt programu eksperymentalnego współpracy ATLAS. Z racji stosunkowo dużych mas ( m τ 1.8 GeV, 5

6 m b 4.2 GeV) fermiony te są idealnymi narzędziami do pomiarów właściwości bozonu Higgsa w Modelu Standardowym i poszukiwań cząstek Nowej Fizyki, takich jak dodatkowe, ciężkie bozony Higgsa. Na odkrycie kwarku t, najcięższego elementu trzeciej generacji, trzeba było czekać do 1995 roku, a na zaobserwowanie najlżejszego - neutrina taonowego - aż do roku Właściwości tego ostatniego badane są cały czas w dedykowanych eksperymentach, nie ma natomiast praktycznie żadnej możliwości bezpośredniej ich obserwacji w eksperymentach akceleratorowych. Kwark t z kolei ciągle podlega coraz bardziej precyzyjnym pomiarom, prowadzone są także analizy wykorzystujące stany końcowe zawierające ten kwark, szczególnie w poszukiwaniach ciężkich bozonów Higgsa. Zaprezentowana rozprawa habilitacyjna opisuje wybrane analizy z wykorzystaniem stanów końcowych zawierających leptony τ lub kwarki b. Oparta jest ona na danych zebranych w eksperymencie ATLAS w latach w zderzeniach proton - proton przy energiach w układzie środka masy wynoszących s = 7, 8 i 13 TeV. Zebrane zbiory danych odpowiadają, zależnie od opisywanego pomiaru, różnym wartościom scałkowanej świetlności, od kilku do kilkudziesięciu fb -1. Opisywane są zarówno analizy dotyczące procesów Modelu Standardowego, włączając te dotyczące odkrytego w 2012 roku bozonu Higgsa, jak i poszukiwania procesów nowej fizyki w sektorze skalarnym. Wkład własny autora w analizy opisywane w monografii przedstawiony jest w punkcie 3 autoreferatu, powyżej. Dla zrozumienia szczegółów badanych zjawisk niezwykle istotna jest rekonstrukcja i identyfikacja powstających w nich obiektów fizycznych: cząstek i dżetów hadronowych a także brakującej energii poprzecznej pochodzącej od niewykrytych cząstek. W przedstawionej monografii opisane są algorytmy do rekonstrukcji i identyfikacji hadronowych rozpadów leptonów τ oraz tzw. oznaczanie dżetów pochodzących z kwarku b (ang. b-tagging ). Rekonstrukcja i identyfikacja hadronowych rozpadów leptonów τ stanowi duże wyzwanie w eksperymentach na LHC ze względu na obecność ogromnego tła pochodzącego od procesów wielodżetowych, niezwykle często zachodzących w zderzeniach hadronów. Dżety tworzone przez produkty hadronowych rozpadów leptonów τ posiadają jednak pewne właściwości pozwalające na ich odróżnienie od procesów tła. Algorytm rekonstruujący używany w eksperymencie ATLAS bazuje właśnie na zrekonstruowanych wcześniej w kalorymetrze dżetach, do których przypisuje on zrekonstruowane w detektorze wewnętrznym ślady cząstek naładowanych, geometrycznie pasujących do dżetu. Następnie, w oparciu o informacje o podłużnych i poprzecznych kształtach kaskad w kalorymetrze, depozytach energii w części elektromagnetycznej i hadronowej a także o jakości dopasowania śladów do dżetu, prowadzona jest identyfikacja. Algorytmy za nią odpowiedzialne stosują metody analizy wielowymiarowej w celu optymalnego wykorzystania całej dostępnej 6

7 informacji. Istnieją także algorytmy do rekonstrukcji elektrycznie obojętnych mezonów π w tych rozpadach. Działają one także w oparciu o szczegółowe informacje z kalorymetrów i detektora wewnętrznego, w celu oszacowania ilości i kinematyki tychże mezonów. Dzięki temu możliwa jest klasyfikacja rodzajów rozpadów leptonów τ oraz dokładniejsze wyznaczenie ich całkowitej energii i kierunku lotu. Prezentowana monografia zawiera szczegółowy opis wspomnianych metod, zarówno tych stosowanych w pierwszym okresie działania eksperymentu, Run 1, jak i opis ulepszeń i nowych koncepcji, jakie zostały wprowadzone przed rozpoczęciem Run 2. Prezentuje ona także pomiary wydajności ich działania i częstości błędnej identyfikacji obiektów tła jako leptonów τ w obu tych okresach. Wspomniane algorytmy pracują z wysoką wydajnością i stanowią podstawę opisywanych w rozprawie pomiarów i poszukiwań Nowej Fizyki z wykorzystaniem leptonów τ. Identyfikacja dżetów hadronowych pochodzących od kwarku b jest również wymagającym zadaniem ze względu występujące w ogromnych ilościach dżety pochodzące od lżejszych kwarków oraz gluonów. Stosunkowo długi czas życia hadronów zawierających kwark b powoduje powstawanie wtórnych wierzchołków ich rozpadów, często znacząco przesuniętych względem wierzchołka pierwotnego. W eksperymencie ATLAS istnieje kilka algorytmów do oznaczania dżetów b, wykorzystujących zarówno informację o położeniu wierzchołków wtórnych, jak i o poprzecznych i podłużnych parametrach zderzenia śladów stowarzyszonych z badanym dżetem. Ponadto istnieje też algorytm wyszukujący dżety zawierające mion, mogący pochodzić z półleptonowych rozpadów kwarku b. W celu jak najlepszego wykorzystania informacji dostarczanych przez te algorytmy, do oznaczania dżetów b w analizach fizycznych wykorzystuje się najczęściej ich kombinacje w postaci algorytmów opartych o analizę wielu zmiennych. Prezentowana praca opisuje zasady działania tych algorytmów i ich rozwój od Run 1 do Run 2. Prezentowane są także wyniki pomiarów wydajności ich działania oraz częstości mylnego oznaczania innego rodzaju dżetów jako dżety b. Ze względu na dynamiczny rozwój samych metod, jak i na obecność dodatkowej warstwy detektora wewnętrznego obserwowany jest znaczący wzrost wydajności działania algorytmów odpowiedzialnych za identyfikację dżetów b podczas Run 2, co jest niezwykle istotne dla poszukiwania rzadkich zjawisk, takich jak możliwe procesy Nowej Fizyki. Kolejny rozdział prezentowanej pracy opisuje wybrane pomiary parametrów Modelu Standardowego - polaryzacji leptonów τ w rozpadach bozonów Z oraz właściwości odkrytego w 2012 roku bozonu Higgsa. Pierwszy z wymienionych pomiarów nie był wcześniej prowadzony na akceleratorach hadronowych. Przynosi on informację, komplementarną do uzyskanej we wcześniejszych pomiarach na akceleratorze LEP, na temat polaryzacji τ w rozpadach bozonu Z, produkowanego w sprzężeniu kwarków do bozonów elektrosłabych ( qq Z). Informacja o polaryzacji, definiowanej w granicy relatywistycznej jako względna różnica ilości prawo- i lewoskrętnych leptonów τ, może być także wykorzystywana w poszukiwaniach ciężkiego bozonu Higgsa spoza Modelu Standardowego. Opisywany pomiar 7

8 prowadzony jest w oparciu o hadronowe rozpady leptonu τ, a konkretnie - z jednym pionem naładowanym i jednym neutralnym. Względna różnica energii tych dwóch mezonów stanowi zmienną rozróżniającą lewo- i prawoskrętne leptony τ i jest wykorzystywana do uzyskania końcowego wyniku. Otrzymana wartość polaryzacji leptonów τ pochodzących z rozpadu bozonu Z wynosi Pτ=-0.14±0.05 i jest zgodna z wartością przewidzianą przez Model Standardowy. Rozdział ten zawiera także opis pomiarów dotyczących sprzężeń bozonu Higgsa z Modelu Standardowego (o masie 125 GeV) do fermionów trzeciej generacji. Opisana jest pierwsza ewidencja sprzężeń typu Yukawy w eksperymencie ATLAS w procesie H->ττ w danych z Run 1. Wprawdzie odkrycie bozonu Higgsa w 2012 roku zostało dokonane w oparciu o jego rozpady na pary bozonów, to jednak mechanizm nadawania mas fermionom - mechanizm Yukawy - jest równie ważny dla zrozumienia Modelu Standardowego. Proces H->ττ, jakkolwiek rzadszy niż H->bb, jest łatwiejszy do zaobserwowania z uwagi na prostsze do zredukowania tło od innych procesów. W opisywanym pomiarze wykorzystano techniki analizy wielu zmiennych i zaobserwowano poszukiwany sygnał ze znaczącością statystyczną wynoszącą 4,5 odchylenia standardowego, o sile zgodnej z przewidywaniami Modelu Standardowego. Obserwacja rozpadu H->ττ umożliwiła przeprowadzenie badania ewentualnego łamania symetrii CP w sektorze skalarnym. Analiza ta jest też pokrótce opisana w monografii. Bazuje ona na metodzie optymalnej obserwabli, czułej na przejawy łamania symetrii CP w tym sektorze. Nie znaleziono jednak żadnych odchyleń od przewidywań Modelu Standardowego. Pomiar przekroju czynnego dla procesu H->ττ w Run 2 stanowi uzupełnienie tej części. Analiza ta prowadzona jest podobnie jak ta dla danych z Run 1, a uzyskane w niej wyniki są zgodne z przewidywaniami Modelu Standardowego. Rozdział ten kończy opis analizy prowadzącej do długo wyczekiwanej obserwacji rozpadu H->bb i produkcji Higgsa w towarzystwie bozonu wektorowego. Kanał rozpadu H->bb jest dominującym kanałem rozpadu bozonu Higgsa w Modelu Standardowym. Pomiar ten wymagał dużej ilości danych doświadczalnych ze względu na bardzo restrykcyjną selekcję przypadków do analizy. Było to konieczne dla zredukowania dominującego tła od procesów wielodżetowych. Analiza ta prowadzona była w trzech komplementarnych wariantach, w zależności od rodzaju i kanału rozpadu bozonu wektorowego stowarzyszonego z bozonem Higgsa. Uzyskane wyniki, po kombinacji z wcześniejszymi, uzyskanymi przez eksperyment ATLAS pozwoliły na stwierdzenie obserwacji zarówno kanału rozpadu bozonu Higgsa H->bb, jak i jego produkcji wraz z bozonami wektorowymi, a ich znaczącość w obu przypadkach przekroczyła 5 odchyleń standardowych. Wyniki opisane w analizach przedstawionych w tym rozdziale nie wykazują niezgodności z przewidywaniami Modelu Standardowego. Sektor skalarny i sprzężenia Yukawy odpowiadające za masy fermionów wydają się więc - na obecną chwilę - być dobrze zrozumiane. 8

9 Mimo niewątpliwych sukcesów Modelu Standardowego w opisie istniejących danych doświadczalnych, znane są jego niedoskonałości. W związku z tym, niezwykle ważnym elementem programu fizycznego eksperymentów na LHC są poszukiwania zjawisk Nowej Fizyki. Wybrane poszukiwania takich zjawisk przedstawione są w prezentowanej monografii. Dotyczą one rozszerzonego sektora skalarnego, a konkretnie - modelu dwóch dubletów Higgsa (typu II i typu Y, zw. flipped ) i poszukiwań zarówno elektrycznie obojętnego jak i naładowanego bozonu Higgsa w sprzężeniach do fermionów trzeciej generacji. Przedstawione wyniki, dostępne w czasie pisania monografii, obejmują dane zebrane podczas pierwszej części Run 2 i stanowią niejako wstęp do oczekiwanych w niedługim czasie wyników uzyskanych na pełnym zbiorze danych. W pracy przedstawione jest poszukiwanie ciężkiego, elektrycznie obojętnego bozonu Higgsa rozpadającego się na parę kwarków b - anty-b, produkowanego wraz z kwarkiem (lub kwarkami) b. Poszukiwanie to, wykorzystujące technikę analizy głównych składowych, nie wykazało niezgodności z przewidywaniami Modelu Standardowego, zostało zatem oszacowane górne ograniczenia na przekrój czynny na produkcję ciężkiego Higgsa wraz z kwarkiem b i rozpadającego się na pary b -anty-b w szerokim zakresie mas poszukiwanego bozonu. Wynosi ono od 4 pb dla masy 450 GeV do ok. 1 pb dla mas do 1400 GeV. Odchyleń od przewidywań Modelu Standardowego nie znaleziono również w poszukiwaniu ciężkiego bozonu Higgsa w rozpadzie na pary leptonów τ. Wysoka czułość tego pomiaru zaowocowała silnymi ograniczeniami na przekrój czynny dla takiego procesu. Wyniosły one od ok. 0.8 pb dla masy bozonu Higgsa wynoszącej 200 GeV do pb dla masy 2250 GeV, w zależności od kanału produkcji. Rozdział uzupełniają opisy poszukiwań naładowanych bozonów Higgsa w kanałach rozpadu τ ν i tb. Również i w tych analizach nie znaleziono żadnych odchyleń od przewidywań Modelu Standardowego. Zaprezentowane w monografii analizy stanowią zaledwie niewielki podzbiór wszystkich pomiarów prowadzonych w eksperymencie ATLAS. Dostarczają one jednak niezwykle istotnych informacji, zarówno o naturze sektora skalarnego Modelu Standardowego, jak i o jego ewentualnych rozszerzeniach (jakkolwiek jest to na razie informacja negatywna). Stanowią one swego rodzaju wstęp do dalszych badań tego sektora przy użyciu pełnego zbioru danych z Run 2, a także dla kolejnych etapów działania akceleratora LHC i, być może, przyszłych akceleratorów. 9

10 d) Publikacje związane bezpośrednio z tematyką monografii (publikacje w czasopismach naukowych z listy JCR i tzw. noty konferencyjne współpracy ATLAS podlegające wielopoziomowej recenzji): 1. ATLAS Collaboration (Pa. Malecki), Measurement of τ polarisation in Z/γ ττ decays in proton-proton collisions at s=8 TeV with the ATLAS detector, Eur. Phys. J. C 78 (2018) 163, arxiv: [hep-ex]. Pełniłem wiodącą rolę w powstaniu tej publikacji jako kierujący grupą prowadzącą pomiar, stworzyłem jego pierwszy projekt, brałem udział w dalszym rozwoju (tworząc m.in. kod do analizy) i analizie statystycznej, byłem głównym edytorem publikacji. Swój wkład oceniam na 70%. 2. ATLAS Collaboration (Pa. Malecki), Search for Heavy Neutral Higgs Bosons Produced in Association with b-quarks and Decaying to b-quarks at s = 13 TeV with the ATLAS detector, ATLAS-CONF , W powyższym pomiarze pełniłem znaczącą rolę jako współ-lider mając udział we wszystkich etapach analizy (selekcja przypadków, symulacje Monte Carlo, oszacowanie tła i niepewności systematycznych), zaprojektowałem i przeprowadziłem analizę statystyczną, byłem współedytorem publikacji. Mój wkład szacuję na 70%. 3. ATLAS Collaboration (Pa. Malecki), Identification and energy calibration of hadronically decaying tau leptons with the ATLAS experiment in pp collisions at s=8 TeV, Eur. Phys. J. C 75 (2015) 303, arxiv: [hep-ex]. Mój wkład polegał na koordynowaniu pracami nad rozwojem pakietu oprogramowania do identyfikacji hadronowych rozpadów leptonów τ. Mój udział szacuję na 50%. 4. ATLAS Collaboration (Pa. Malecki), Reconstruction of hadronic decay products of tau leptons with the ATLAS experiment, Eur. Phys. J. C 76 (2016) 295, arxiv: [hep-ex]. Mój udział w powstaniu tej pracy polegał na rozwoju algorytmu do rekonstrukcji elektrycznie obojętnych pionów w rozpadach τ, a także na przeprowadzeniu pomiaru wydajności opisywanego w publikacji algorytmu TauParticleFlow oraz na współ-edycji publikacji. Mój wkład szacuję na 50%. 5. ATLAS Collaboration (Pa. Malecki), Measurement of the tau lepton reconstruction and identification performance in the ATLAS experiment using pp collisions at s=13 TeV, ATLAS-CONF , 2017, Niniejsza nota konferencyjna zawiera opis dalszego rozwoju algorytmów przedstawionych w publikacji z p. 4 oraz pomiar wydajności ich działania na 10

11 danych z Run 2. Mój udział jako współautora tychże algorytmów oceniam na 30%. 6. ATLAS Collaboration (Pa. Malecki), Commissioning of the reconstruction of hadronic tau lepton decays in ATLAS using pp collisions at s=13 TeV, ATL-PHYS-PUB , Niniejsza nota publiczna zawiera opis pomiaru wydajności działania algorytmów do rekonstrukcji hadronowych rozpadów leptonów τ na wczesnych danych z Run 2. Mój udział jako współautora tychże algorytmów oceniam na 40%. 7. ATLAS Collaboration (Pa. Malecki), Reconstruction, Energy Calibration, and Identification of Hadronically Decaying Tau Leptons in the ATLAS Experiment for Run-2 of the LHC, ATL-PHYS-PUB , Niniejsza nota publiczna zawiera opis algorytmów do rekonstrukcji hadronowych rozpadów leptonów τ na początku Run 2. Mój udział jako współautora tychże algorytmów oceniam na 50%. 8. ATLAS Collaboration (Pa. Malecki), Search for charged Higgs bosons decaying via H ± τ ± ν τ in the τ+jets and τ+lepton final states with 36 fb 1 of pp collision data recorded at s =13 TeV with the ATLAS experiment, JHEP 09 (2018) 139, arxiv: [hep-ex]. Mój udział w tej publikacji polegał na byciu promotorem pomocniczym doktorantki biorącej aktywny udział w opisywanej analizie (rozwój metod analizy wielowymiarowej i techniki embedding ). Mój udział szacuję na 20%. 9. ATLAS Collaboration (Pa. Malecki), Evidence for the Higgs-boson Yukawa coupling to tau leptons with the ATLAS detector, JHEP 04 (2015) 117, arxiv: [hep-ex]. Mój udział w tej publikacji polegał na rozwoju oprogramowania do identyfikacji hadronowych rozpadów leptonów τ oraz na udziale w dyskusjach nad tą analizą. Swój wkład szacuję na 25%. 10. Pa. Malecki, Standard Model and Flavor Physics Measurements with the ATLAS Detector, Acta Phys. Polon. B45 (2014) Miałem udział w przedstawionych w tej pracy pomiarach wykorzystujących leptony τ oraz przygotowałem tekst publikacji. Mój wkład oceniam na 30%. Publikacje wykorzystujące algorytmy do rekonstrukcji i identyfikacji hadronowych rozpadów leptonów τ, w których rozwoju (druga część Run 1, dane z roku 2012) i powstaniu (Run 2) miałem znaczący udział. Mój wkład procentowy szacuję na 10% dla każdej publikacji. 11. ATLAS Collaboration (Pa. Malecki), Search for additional heavy neutral Higgs and gauge bosons in the ditau final state produced in 36 fb 1 of pp collisions at s = 13 TeV with the ATLAS detector, JHEP 01 (2018) 055, arxiv: [hep-ex]. 12. ATLAS Collaboration (Pa. Malecki), Cross-section measurements of the Higgs boson decaying into a pair of tau-leptons in proton-proton collisions at s = 13 TeV with the ATLAS detector, Accepted by Phys. Rev. D, arxiv: [hep-ex]. 11

12 13. ATLAS Collaboration (Pa. Malecki), Test of CP Invariance in vector-boson fusion production of the Higgs boson using the Optimal Observable method in the ditau decay channel with the ATLAS detector, Eur. Phys. J. C 76 (2016) 658, arxiv: [hep-ex]. 14. ATLAS Collaboration (Pa. Malecki), Search for Minimal Supersymmetric Standard Model Higgs bosons H/A and for a Z boson in the ττ final state produced in pp collisions at s=13~tev with the ATLAS Detector, Eur. Phys. J. C 76 (2016) 585, arxiv: [hep-ex]. 15. ATLAS Collaboration (Pa. Malecki), Search for charged Higgs bosons produced in association with a top quark and decaying via H ±τν using pp collision data recorded at s=13 TeV by the ATLAS detector, Phys.Lett. B759 (2016) , arxiv: [hep-ex]. 16. ATLAS Collaboration (Pa. Malecki), Search for the Standard Model Higgs boson produced in association with a vector boson and decaying into a tau pair in pp collisions at s=8 TeV with the ATLAS detector, Phys.Rev. D93 (2016) no.9, , arxiv: [hep-ex]. 17. ATLAS Collaboration (Pa. Malecki), Search for charged Higgs bosons decaying via H ±τ±ν in fully hadronic final states using pp collision data at s=8 TeV with the ATLAS detector, JHEP 1503 (2015) 088, arxiv: [hep-ex]. 5. Omówienie pozostałych osiągnięć naukowo - badawczych. 5.1 Wykaz publikacji niezwiązanych z tematyką monografii Osobny załącznik 5.2 Indeksy i liczby dotyczące opublikowanych prac wg. Web of Science Liczba publikacji: 831 Całkowita liczba cytowań: Liczba cytowań bez autocytowań: Indeks Hirscha: 84 (stan na 3 kwietnia 2019 r.) 5.3 Referaty wygłoszone na międzynarodowych i krajowych konferencjach tematycznych Cracow Epiphany Conference on the First Year of the LHC, stycznia 2011, First Results from ATLAS on Production of W and Z Bosons in proton-proton Collisions at s = 7 TeV - referat plenarny. 12

13 Cracow Epiphany Conference on the Physics at the LHC, 8-10 stycznia 2014, Standard Model & Flavour Physics measurements with the ATLAS Detector - referat plenarny. XLIII Zjazd Fizyków Polskich, Kielce, 6-11 września 2015, Poszukiwanie zjawisk spoza Modelu Standardowego w eksperymencie ATLAS na LHC. 29th Recontres de Blois on Particle Physics and Cosmology, 28 maja - 2 czerwca 2017, Inclusive and differential W/Z measurements in ATLAS and CMS. Prezentacje konferencyjne we współpracy ATLAS są przyznawane jej członkom przez specjalny komitet, ATLAS Speakers Committee, w oparciu o ich dorobek naukowy i datę ostatniego wystąpienia konferencyjnego. Ze względu na fakt, iż współpraca ATLAS liczy ponad 3000 członków, wystąpienia konferencyjne są przyznawane nie częściej, niż raz na 2-3 lata. Oprócz wystąpień na konferencjach wielokrotnie przedstawiałem wyniki pracy, zarówno swojej, jak i w imieniu grup w których pracowałem (lub którymi kierowałem) na forum współpracy ATLAS podczas spotkań i warsztatów wewnętrznych. Liczba uczestników takich spotkań nierzadko przekracza ilość uczestników niewielkich konferencji międzynarodowych. 5.4 Udział w międzynarodowych i krajowych projektach badawczych Grant MNiSW: DIR/WK/2016/13, , wykonawca, Eksperyment ATLAS przy akceleratorze LHC w CERN. Grant OPUS: 2017/25/B/ST2/01234, , wykonawca, Poszukiwania zjawisk spoza Modelu Standardowego przy użyciu sygnatur z ciężkimi fermionami w stanie końcowym w eksperymencie ATLAS. Grant OPUS: 2015/19/B/ST2/00906, , wykonawca, Badanie fizyki Modelu Standardowego w zderzeniach proton-proton przy energii 13 TeV. Grant HARMONIA: 2013/08/M/ST2/00320, wykonawca, , Eksperyment ATLAS: doświadczalna weryfikacja Modelu Standardowego i poszukiwania sygnałów Nowej Fizyki przy energiach LHC. Grant OPUS: 2012/07/B/ST2/03680, , wykonawca, Poszukiwania procesów nowej fizyki z leptonami tau w stanach końcowych w eksperymencie ATLAS na akceleratorze LHC. Współpraca In2P3 (Polska - Francja), Współpraca Polska-DAAD (Niemcy) 764/N-DAAD/2010/0, , wykonawca, Rekonstrukcja leptonów tau w eksperymencie ATLAS oraz analizy procesów Modelu Standardowego z leptonami tau na danych z pierwszych zderzeń na LHC. Grant: 665/N-CERN-ATLAS/2010/0, wykonawca, , Eksperyment ATLAS: rejestracja i analiza danych oraz utrzymanie i rozwój detektorów. 13

14 Grant promotorski: N N , , główny wykonawca, Pomiar przekroju czynnego na produkcję bozonu W w eksperymencie ATLAS. Grant: 132/CER/2006/03, wykonawca, Uruchomienie aparatury i rozpoczęcie realizacji programu fizycznego eksperymentu ATLAS przy LHC w CERN-ie. 5.5 Dorobek dydaktyczny i popularyzatorski oraz współpraca międzynarodowa W ostatnich latach ze względu na wiele czynników (niż demograficzny, spadek zainteresowania przedmiotami ścisłymi w ogóle) obserwowany jest w Polsce spadek liczby studentów zainteresowanych karierą naukową w fizyce cząstek elementarnych. Dlatego też w 2013 roku utworzony został w IFJ PAN program letnich praktyk studenckich dotyczący fizyki wysokich energii. Ich celem jest wzbudzenie zainteresowania tą gałęzią fizyki wśród studentów i zaprezentowanie im zarówno ciekawych tematów jak i zaznajomienie ich z warunkami pracy w grupach badawczych. Byłem jednym z pomysłodawców i współtwórcą tego programu. Jest on kontynuowany obecnie, a jego aktualna nazwa to Particle Physics Summer Student Programme. Od zeszłego roku jest to program międzynarodowy. Składa się on z 1 tygodnia zajęć dydaktycznych (podczas których prowadzę wykład pt. Wstęp do Modelu Standardowego oraz ćwiczenia komputerowe) oraz 3 tygodni poświęconych na realizację przez studentów projektów pod opieką pracowników IFJ PAN. Od 2013 roku prowadziłem 7 takich projektów. Byłem promotorem pomocniczym pracy doktorskiej dr Anny Kowalewskiej pt. Search for charged Higgs boson in the τ+jets final state with proton-proton collision data recorded with the ATLAS experiment, obronionej w 2018 roku w IFJ PAN. Byłem także promotorem pracy inżynierskiej Zuzanny Szester pt. Zastosowanie funkcyjnego opisu kształtów rozkładów masy niezmienniczej w poszukiwaniu ciężkiego bozonu Higgsa w eksperymencie ATLAS na LHC obronionej w 2019 roku na Politechnice Krakowskiej. Biorę aktywny udział w popularyzacji nauki. Od 2013 roku (w ramach promocji praktyk) corocznie wygłaszam 1-3 referatów w kołach naukowych zrzeszających studentów fizyki z krakowskich uczelni (Uniwersytet Jagielloński, Akademia Górniczo-Hutnicza, Politechnika Krakowska). Ponadto, od 2008 roku biorę aktywny udział w wydarzeniach Małopolskiej Nocy Naukowców w IFJ PAN, gdzie prezentuję pracę krakowskiej grupy eksperymentu ATLAS. W 2018 roku byłem także twórcą tzw. Lamusowni, czyli muzeum dawnych detektorów, elektroniki i sprzętu komputerowego. Muzeum to od 2019 roku ma zostać stałym punktem dostępnym dla osób zwiedzających IFJ PAN nie tylko podczas Nocy 14

15