Naslov Search for Lorentz invariance violation using gamma-rays from Markarian 421
Naslov (hrvatski) Potraga za narušenjem Lorentzove simetrije koristeći gama-zrake iz Markariana 421
Autor Luka Blažević
Mentor Tomislav Terzić (mentor)
Član povjerenstva Tomislav Terzić (član povjerenstva)
Član povjerenstva Saša Mićanović (predsjednik povjerenstva)
Član povjerenstva Darko Mekterović (član povjerenstva)
Ustanova koja je dodijelila akademski / stručni stupanj Sveučilište u Rijeci (Fakultet za fiziku) Rijeka
Datum i država obrane 2023, Hrvatska
Znanstveno / umjetničko područje, polje i grana PRIRODNE ZNANOSTI Fizika Astronomija i astrofizika
Sažetak Measurements of quantum gravity could be made by looking at some of the proposed quantum gravity effects, such as fluctuations of space-time. The Lorentz invariance violation (LIV) effect appears as a consequence of the modified photon dispersion relation, used to model the effect of space-time fluctuations on gamma rays. Using the LIV time of flight analysis, we are able to look for quantum gravity effects using observations at energies much lower than the Planck scale. One of the most popular methods for the LIV time of flight analysis is the maximum likelihood method. In this thesis, we focused on looking at how the choice of the function used to create the light curve template affects the maximum likelihood analysis. The functions used were: i) sum of Gaussian distributions, ii) sum of Cauchy distributions, iii) sum of skewed Gaussian distributions, iv) Fourier series, v) Kernel density estimation. This analysis was based on simulations of observations of Markarian 421 on the night of 24 to 25 of April 2014, preformed by Major Atmospheric Gamma Imaging Cherenkov (MAGIC) telescopes. Fourier series and Kernel density estimation were not able to achieve a satisfying fit of the observed data, so their light curves were not used for the final maximum likelihood analysis. For the other functions, the fits managed to capture the structure of the light curve with more accuracy. Furthermore, their χ2 tests were very similar, so they made good candidates for comparison. The recreated light curves were then used in the LIVelihood software for LIV time of flight studies. Using simulations, LIV parameter λ was calculated along with the respective upper and lower limits to form a 95% confidence interval. The light curve template created using the sum of skewed Gaussian distributions was not converging in enough simulations for the λ distribution to be calculated. For the light curve templates created using the sum of Gaussian distributions and the sum of Cauchy distributions λ was calculated to be (−139.9±875) s/TeV and (−76.22±971) s/TeV, respectively. In addition, the lower limit on the energy at which the effects of quantum gravity become significant in the linear term were calculated from λ and amount to E(G) QG1 = 2.48557·10^17 GeV and E(C) QG1 = 3.11314·10^17 GeV for the sum of Gaussian distributions and the sum of Cauchy distributions light curve templates, respectively.
Sažetak (hrvatski) Kvantna gravitacija bi se mogla mjeriti pomoću nekih od predloženih efekata kvantne gravitacije, kao na primjer fluktuacije prostor-vremena. Efekt narušenja Lorentzove simetrije (LIV) pojavljuje se kao posljedica modificirane disperzijske jednadžbe fotona, koja se koristi za modeliranje efekta fluktuacija prostor-vremena na gamma-zrake. Koristeći LIV analizu vremena leta, možemo promatrati efekte kvantne gravitacije koristeći opažanja na energijama puno nižim od Planckove skale. Jedna od najpopularnijih metoda za LIV analizu vremena leta je maximum likelihood metoda. U ovom radu fokusiramo se na promatranje kako odabir funkcije kojim se kreira uzorak svjetlosne krivulje utječe na maximum likelihood analizu. Funkcije koje smo koristili su: i) suma Gaussovih raspodjela, ii) suma Cauchy raspodjela, iii) suma asimetričnih Gaussovih raspodjela, iv) Fourierov red, v) Kernel density estimation (KDE). Ova analiza je bila bazirana na simulacijama opažnja Markariana 421 u noći od 24. do 25. travnja 2014., s Major Atmospheric Gamma Imaging Cherenkov (MAGIC) teleskopima. Prilagodbe podataka s Fourierovim redom i KDE-om nisu dale zadovoljavajuće rezultate te ih nismo koristili u konačnoj analizi. Ostale funkcije su puno bolje prikazale strukturu podataka. Također rezultati njihovih χ2 testova su međusobno jako slični što znači da smo ih mogli pouzdano uspoređivati. Svjetlosne krivulje dobivene iz prilagodbe smo zatim koristili u LIVelihood softveru za LIV analizu vremena leta. Koristeći simulacije izračunali smo LIV parametar λ skupa s njegovim gornjim i donjim granicama da bi dobili 95% interval pouzdanosti. Distribucija parametra λ nije bila izračunata za svjetlosnu krivulju dobivenu iz sume asimetričnih Gaussovih raspodjela jer minimum nije konvergirao u dovoljno simulacija. Za svjetlosne krivulje dobivene iz sume Gaussovih raspodjela i Cauchyevih distribucija vrijednost parametra λ iznosi (− 139.9 ± 875) s/TeV i (−76.22 ± 971) s/TeV, respektivno. Za kraj pomoću parametra λ izračunate su donje granice vrijednosti energije na kojoj efekti kvantne gravitacije postaju signifikantni u linearnom članu i one iznose E(G) QG1 = 2.48557 · 10^17 GeV za sumu Gaussovih raspodjela i E(C) QG1 = 3.11314 · 10^17 GeV za sumu Cauchyevih distribucija.
Ključne riječi
Lorentz invariance violation
light curve template
LIV time of flight analysis
Ključne riječi (hrvatski)
narušenje Lorentzove simetrije
uzorak svjetlosne krivulje
LIV analiza vremena leta
Jezik engleski
URN:NBN urn:nbn:hr:194:733622
Studijski program Naziv: Fizika Vrsta studija: sveučilišni Stupanj studija: diplomski Akademski / stručni naziv: magistar/magistra fizike (mag. phys.)
Vrsta resursa Tekst
Način izrade datoteke Izvorno digitalna
Prava pristupa Otvoreni pristup
Uvjeti korištenja
Datum i vrijeme pohrane 2023-11-23 13:31:51