Studio degli stati in onda P del Bottomonio con il detector CMS a LHC

This thesis presents the measurement of the $\frac{\sigma(pp\rightarrow\chi_{b}(2P))}{\sigma(pp\rightarrow\chi_{b}(1P))}$ ratio and the measure of $\chi_b$(3P) barycenter with the CMS detector at LHC. The measurement was performed with $ 4.7fb^{-1} $ of $pp$ collisions at $\sqrt{s}=7TeV$ collected in 2011. The radial decay of P-wave states is considered and their product reconstructed, that is the $\Upsilon$(1S) mesons and photons. The $\Upsilon$(1S) meson is reconstructed through its decay in $\mu^+ + \mu^-$ while the photon is reconstructed when it converts into a positron-electron pair. The kinematic range covered is $|y(\Upsilon)| <$ 1.0 and $p_T(\gamma) >$ 0.5 GeV for the cross-section ratio measure, while $p_T(\gamma) >$ 1.0 GeV for 3P barycenter measure. Both measurements are compared to the theory predictions obtained with different models derived from QCD. Thanks to the excellent performance of the CMS tracking system the observed resonances are very sharp and precise measurement are achieved. The relative reconstruction efficiency of the considered $\chi_b$ states is studied through various Monte Carlo simulations. Several source of systematic uncertainty are examined. The production cross-section ratio is found to be: $\frac{\sigma(pp\rightarrow\chi_{b}(2P))}{\sigma(pp\rightarrow\chi_{b}(1P))} = 1.1\pm0.1(stat.)\pm0.2(syst.)\pm0.1(BR)$. This consitutes the first measurement of this quantity carried at a hadron collider. The barycenter of 3P is found to be: $m_{\chi_b(3P)} = 10.509\pm 0.004(stat.) ^{+0.009}_{-0.011} (syst.) GeV$, in agreement with previous measurement performed by the ATLAS experiment and by the D0 experiment.

Questa tesi presenta la misura della frazione $\frac{\sigma(pp\rightarrow\chi_{b}(2P))}{\sigma(pp\rightarrow\chi_{b}(1P))}$ e del baricentro del mesone $\chi_b$(3P) con il detector CMS a LHC. Le misure sono state eseguite con $ 4.7fb^{-1} $ di collisioni $pp$ a $\sqrt{s}=7TeV$ raccolte nel 2011. Sono considerati i decadimenti radiativi degli stati in onda P e in mesoni $\Upsilon$(1S) e fotone. Il mesone $\Upsilon$(1S) è ricostruito attraverso il suo decadimento in $\mu^+ + \mu^-$ mentre il fotone è ricostruito mediante conversione in una coppia positrone-elettrone. La regione cinematica coperta è $|y(\Upsilon)| <$ 1.0 e $p_T(\gamma) >$ 0.5 GeV per la misura della sezione d'urto, mentre $p_T(\gamma) >$ 1.0 GeV per la misura del baricentro del 3P. Entrambe le misure sono comparate alle predizioni teoriche ottenute con diversi modelli derivati dalla QCD. Grazie alle performance eccezionali del sistema di tracking di CMS le risonanze osservate sono molto strette e delle misure precise sono possibili. L'efficienza di ricostruzione relativa tra gli stati $\chi_b$ considerati è studiata a fondo attraverso varie simulazioni Monte Carlo. Diverse sorgenti di incertezza sistematica sono esaminate. Il rapporto di sezione d'urto di produzione è valutato: $\frac{\sigma(pp\rightarrow\chi_{b}(2P))}{\sigma(pp\rightarrow\chi_{b}(1P))} = 1.1\pm0.1(stat.)\pm0.2(syst.)\pm0.1(BR)$. Questo costituisce la prima misura di questa quantità svolta ad un collisore adronico. Il baricentro del 3P è valutato: $m_{\chi_b(3P)} = 10.509\pm 0.004(stat.) ^{+0.009}_{-0.011} (syst.)$ GeV, in accordo con le precedenti misure effettuate dall' esperimento ATLAS e dall' esperimento D0.