Study of light-by-light scattering with the ATLAS Forward Proton (AFP) Detector at CERN

Abstract

Tato práce zkoumá problém rozptylu světla světlem ve standardním modelu částicové fyziky a v jeho rozšíření, které předpověděli R. Peccei a H. Quinn. Pomocí Monte Carlo simulací porovnává fotony způsobenou produkci párů leptonů s produkcí hypotetické částice podobné axionu, která by rozptyl světla světlem mohla způsobovat. Dále využívá neparametrický Bayesovský přístup, konkrétně Gaussovský proces, k modelování pozadí založeného na hmotnosti roztříštěných fotonů z ultraperiferálních kolizí pozorované při experimentu ALTAS. Model byl následně použit na zakomponování simulovaného signálu reprezentující produkci částice podobné axionu, pro kterou byla dále určena pravděpodobnost její detekce detektorem AFP.

This thesis deals with the study of light-by-light scattering in the Standard Model of particle physics and in its extension predicted by Peccei-Quinn theory. It compares photon induced lepton pair productions with the hypothetical axion-like particle production, which could mediate light-by-light scattering, based on Monte Carlo simulations. Furthermore, it applies non-parametric Bayesian approach, the Gaussian Process, to model smooth background based on the invariant mass of scattered diphotons observed in ultraperipheral collisions with the ATLAS experiment. The estimated background is then used with simulated signal injection representing production of axion-like particle to determine the detection probability.