Beauty-Produktion in Tief- Inelastischen Streuprozessen bei Z EUS Benjamin Kahle, Vincenzo Chiochia und Katarzyna Wichmann DPG-Frühjahrstagung Mainz 2004.

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1 Beauty-Produktion in Tief- Inelastischen Streuprozessen bei Z EUS Benjamin Kahle, Vincenzo Chiochia und Katarzyna Wichmann DPG-Frühjahrstagung Mainz 2004 H ERA I b-Produktion bei Z EUS Auswahl der Ereignisse Wirkungsquerschnitte H ERA II Strategie Mikro-Vertex-Detektor (M VD ) Zusammenfassung / Ausblick

2 29.03.2004DPG-Frühjahrstagung Mainz Benjamin Kahle 2 Motivation Warum messen wir Beauty Produktion in tief inelastischer Streuung (DIS)? Inklusive und Exklusive Produktions-Wirkungsquerschnitte für schwere Quarks sind in der QCD verknüpft Wichtiger Test der perturbativen Q CD Gutes Beispiel von Multi-Skalen-Problemen ( QCD, Q 2, M b ) Einfach- und doppeltdifferentielle Wirkungsquerschnitte durch Identifizierung eines oder beider schwerer Quarks. Vergleich mit theor. Vorhersagen Saubere experimentelle Bedingungen Elektron in NC-D IS (Q ED ) reduziert die theoretische Unsicherheit

3 29.03.2004DPG-Frühjahrstagung Mainz Benjamin Kahle 3 ZEUS M VD C TD -Hauptziel des M VD : Auflösung sekundärer Vertizes (Produktion schwerer Quarks, -Physik) -Spurrekonstruktion zusammen mit C TD (Driftkammer ) -Einbau in Z EUS 2001 -erste ep-Daten Sommer 2002 -erste Physikdaten Herbst 2003 Z EUS nach dem Luminositätsupgrade mit neuen Komponenten (z.B. mit Mikro-Vertex-Detektor MVD)

4 29.03.2004DPG-Frühjahrstagung Mainz Benjamin Kahle 4 Produktion des b-Quarks O( em s ) Tief Inelastische Streuung (D IS ): Q 2 > 1GeV 2 Positron streut in den zentralen Detektor e (k)e (k´) p (p) X g b b Q2Q2 Photon Virtualität: Bjorken x: Inelastizität: Pseudorapidität: Variablen NLO-Rechnungen mit HVQDIS: Virtuelle Photonen (D IS ) LO-Matrixelemente Höhere Ordnung QCD-Strahlung Partonenschauer basierend auf DGLAP-Gl.

5 29.03.2004DPG-Frühjahrstagung Mainz Benjamin Kahle 5 Jet Vertex Messung des b-Quarks Identifizierung des b-Zerfalls mit Hilfe von Myonen: p T rel Messung p T rel ist der Impuls des Myons relativ zur Jetachse (Myon eingeschlossen) Lebensdauer Methode Stoß-Parameter: kürzester Abstand zwischen primärem Vertex und einer Teilchenspur (hier das ) Vertex Methode: Primärer und sekundärer Vertex werden durch Spuren geladener Teilchen rekonstruiert. b-Zerfall c b b c W-W- W+W+ g s Frag. C MS e e p Jet Zerfall des schweren Quarks Stoß- Parameter Jet

6 29.03.2004DPG-Frühjahrstagung Mainz Benjamin Kahle 6 b in D IS

7 29.03.2004DPG-Frühjahrstagung Mainz Benjamin Kahle 7 Ereignis Auswahl Inklusives D IS- Sample: ZEUS 99/00: =72 pb -1 gut rekonstruiertes Positron mit Rekonstruierter Vertex innerhalb von 50cm vom nominellen IP Myon Auswahl: Passende Spuren in der zentralen Spurkammer und Myon Kammer (interne und externe Kammern) Jet Suche: Rekonstruiert durch Spuren und im Kalorimeter deponierte Energie Verwendung des Durham-Algorithmus (Myon ist im Jet eingeschlossen) Mindestens ein Jet gefordert mit: 99/00 Analyse

8 29.03.2004DPG-Frühjahrstagung Mainz Benjamin Kahle 8 Beauty in D IS Anpassung des MC ergibt: b-Anteil = 29.0 +/- 5.5% ~ 940 Ereignisse Semileptonischer b-Zerfall + Semileptonische c-Zerfälle Leichte Quarks härteres p T rel Spektrum für Beauty

9 29.03.2004DPG-Frühjahrstagung Mainz Benjamin Kahle 9 Wirkungsquerschnitt (Q 2 und x) Differentielle Wirkungsquerschnitte für 99/00 als Funktion von Q 2 and x: Überschuss? Überein- stimmung innerhalb von 2,5 Standard- abweichungen

10 29.03.2004DPG-Frühjahrstagung Mainz Benjamin Kahle 10 Wirkungsquerschnitt (p T und ) Differentielle Wirkungsquerschnitte für 99/00 als Funktion von p T und : Ein Überschuss der Daten über den Vorhersagen bei kleinem Q 2, kleinem x, kleinem p T und großen Wird in den Daten ab 2003 weiter untersucht

11 29.03.2004DPG-Frühjahrstagung Mainz Benjamin Kahle 11 H ERA II Strategie Zusätzlich zur höheren Luminosität mit H ERA II werden neue Detektorkomponenten (M VD ) und neue Tools wie G MUON (Global Myon Finder) benutzt. Es kann die Luminosität für b in DIS erhöht werden, durch: Lockerung des p T -Schnittes Jet nicht unbedingt erforderlich Erweiterung des -Bereichs in den Vorwärtsbereich Höhere Statistik vor allem bei kleinem p T, so dass die Abweichung der N LO -Rechnungen von den 99/00 Daten weiter untersucht werden kann

12 29.03.2004DPG-Frühjahrstagung Mainz Benjamin Kahle 12 Der M VD e+e+ p Der Vorwärtsbereich: 4 Räder jedes bestehend aus 2 Lagen mit 14 Si Detektoren Insgesamt 112 Halbmodule, >50k Kanäle Der Zentralbereich: 30 Leitern jede aus 5 Modulen mit 4 Si Detektoren Insgesamt 300 Halbmodule, >150k Kanäle Silizium-Streifen-Detektor n-dotiertes Silizium 300 mm Dicke mit p + Implantationen S/N ~ 15 (senkrechte Spuren) Ausleseabstand 120 m Hit-Auflösung < 20 m (bis 20° Einfallswinkel) Effizienz > 99,9%

13 29.03.2004DPG-Frühjahrstagung Mainz Benjamin Kahle 13 Beauty Ereignis in neuen Daten e X Jet Q 2 = 43,64 GeV 2 x-yz-r Froschaugen Ansicht Jet MVD Hits

14 29.03.2004DPG-Frühjahrstagung Mainz Benjamin Kahle 14 Zusammenfassung und Ausblick Die NLO-Rechnungen geben eine brauchbare Beschreibung der Daten für Beauty in D IS bei Z EUS - mit Ausnahme der Region bei kleinem Q 2 oder p T Die H ERA II Daten bieten eine verbesserte Auflösung zum Nachweis von b-Zerfällen über die Lebensdauermessung Es können losere Schnitte verwendet und kleinere p T zugelassen werden um eine deutlich größere Statistik zu gewinnen Möglicherweise können damit doppelt differentielle Wirkungsquerschnitte berechnet werden Wichtiger Test der pQCD

15 29.03.2004DPG-Frühjahrstagung Mainz Benjamin Kahle 15 Vertex Methode: Primärer und sekundärer Vertex werden durch Spuren geladener Teilchen rekonstruiert. Der Abstand l zwischen ihnen ist dann: Stoß-Parameter: kürzester Abstand zwischen primärem Vertex und einer Teilchenspur (hier das ) Lebensdauer Messung Jet Vertex Produktion des schweren Quarks Strahl Position Jet Achse Zerfall des schweren Quarks Stoß- Parameter