Nabízené téma Dopředné fyziky je rámcové a konkrétní zadání se bude odvíjet od aktualního výzkumného plánu skupiny "soft QCD" v rámci experimentu ATLAS. Dopředná fyzika se zabývá analýzou takových případů, kde se interagující protony nemusí nutně rozbít, ale mohou se jen rozptýlit ve vzájemné srážce a to o relativně malý úhel. Tak malý, že tyto protony musíme detekovat speciálními detektory ve vzdálenosti přes 200 metrů od bodu srážky (tedy daleko za vlastním detektorem ATLAS). Těmto detektory se nazývají AFP (ATLAS Forward Physics).

Náplní výzkumu může být například exklusivní produkce leptonů či vektorových bosonů, diffrakční procesy nebo i práce techničtějšího rázu, např. analýza dat s cílem měření přesné polohy těchto detektorů.

Nabité bosony W+ a W- jsou spolu s neutrálním Z bosonem nositeli slabé interakce. Na rozdíl od Z bosonu však mohly být doposud zkoumány jen v hadron-hadronových srážkach. Jejich hmotnost a rozpadová šířka jsou v rámci standardního modelu určeny jeho parametry, měřením těchto veličin je tedy možné určovat jejich hodnoty. Měřením účinných průřezů jejich produkce lze zkoumat strukturu hadronů. Jsou též měřeny jejich vazbové konstanty interakce s elementárními částicemi. Případná odchylka od hodnot předpovězených standardním modelem by byla jednoznačným signálem nové fyziky. V rešeršní části práce se autor na přiměřené úrovni seznámí se základy standardního modelu a shrne hlavní výsledky měření vlastností a účinneho průřezu W bosonu v experimentech na urychlovačích Super Proton Synchrotron a Large Hadron Collider v CERN a Tevatron v laboratoři Fermilab. Obsahem zbývající části práce bude vytvoření rozdělení základních kinematických veličin W bosonů vznikajících v interakcích proton-proton. K tomu budou požity simulované interakce i reálná data kolaborace ATLAS z Runu 1 (rok 2012, těžišťová energie 8 TeV).

1) The 2016 European School of High-Energy Physics http://physicschool.web.cern.ch/PhysicSchool/ESHEP/ESHEP2016/programme.html 

2) K. A. Olive et al. (Particle Data Group), Chin. Phys. C, 2014, 38(9):090001

3) Martinus Veltman, Diagrammatica, Cambridge University Press 1994

4) J.F. Owens, Rev. Of Mod. Phys., Vol. 59, No. 2 (1987)

5) Publikace kolaborací UA1, UA2, CDF, D0, CMS a D0 vybrané z citací odkazu 2)

Jety jsou nositeli tvrdé škály a představují buď signál, nebo pozadí ke studovanému procesu, jsou tedy nedílnou součástí takřka každé analýzy dat z experimentů pro srážky při vysokých energiích. Cílem práce je dozvědět se více o dynamice tvorby jetů a v pozdější fázi také zapojit se do činnosti jedné z pracovních skupin v experimentu ATLAS na urychlovači LHC v CERN, zabývající se studiem jetů. Přispěje tak nejen k pochopení chování jetů pro danou periodu dat (např. odhadem jedné z mnoha systematických neurčitostí), což je v kolaboraci ATLAS velmi ceněné, ale také se hodně naučí o Kvantové chromodynamice, základním stavebním prvku Standardního modelu. Rovněž díky krátkodobým pobytům v CERN bude moci nahlédnout do prostředí tak velké kolaborace, jakou ATLAS je, a proniknout do procedury vedoucí k publikaci výsledků za tuto kolaboraci.

Osnova:
1. Seznamte se s pojmy jet, jetový algoritmus a teoretická bezpečnost jetových algoritmů. Proveďte rešerši definic a použití hlavních jetových algoritmů.
2. Osvojte si základy práce s programem root pro zpracování experimentálních i umělých dat, používaný ve fyzice vysokých energií.
3. Osvojte si základy práce s programem FastJet pro použití jetových algoritmů.
4. Pomocí generátoru umělých případů vytvořte vzorky dat pro několik vybraných procesů s jety.
5. Srovnejte základní charakteristiky případů a jetů pro několik jetových algoritmů, včetně různých poloměrů jetů.

[1] G. P. Salam, PhD-level lectures, http://gsalam.web.cern.ch/gsalam/teaching/PhDcourses.html (2010-2011).
[2] M. Cacciari, G. P. Salam and G. Soyez, The Anti-k(t) jet clustering algorithm, JHEP 0804(2008) 063.
[3] M. Cacciari, G. P. Salam and G. Soyez, FastJet User Manual, Eur. Phys. J. C72 (2012) 1896.
[4] G. P. Salam, Towards Jetography, Eur. Phys. J. C67 (2010) 637.
[5] J. Chýla, Quarks, partons and Quantum Chromodynamics, http://www-hep2.fzu.cz/~chyla/lectures/text.pdf

Frekvence srážek na urychlovači LHC vysoce převyšuje současné možnosti ukládání dat. Trigger je zařízení detektoru, které umožňuje do několika sekund po srážce vyhodnotit zaznamenanou událost a rozhodnout, zda je zajímavá pro další zpracování. Po upgradu LHC na vysokou luminozitu (po roce 2025), ATLAS detektor bude vybaven speciálním hardwarovým track triggerem, který dokáže zrekonstruovat dráhy nabitých částic do několika mikrosekund (nízkoúrovňový trigger). Jeho algoritmus je potřeba předem otestovat a nasimulovat. Náplní práce studenta bude pomoci s implementací nového algoritmu, provést příslušné simulace a vyhodnotit rozlišení rekonstrukce drah s novým algoritmem.

K práci bude student/ka používat linux, software pro zpracování dat ROOT, ATLAS software ATHENA a programovat zejména v c++, ale částečně i v bash/pythonu. Znalosti nejsou požadovné, ale předpokladá se, že si je student pod příslušným vedením rychle osvojí. Student/ka bude výsledky své práce prezentovat na mítinku pracovní skupiny v CERN.

A High-performance Track Fitter for Use in Ultra-fast Electronics, https://arxiv.org/abs/1809.01467