Das ZEUS-Experiment am HERA-Beschleuniger ZEUS-Gruppe, Institut für Experimentalphysik, Universität Hamburg V. Adler, I. Bloch, P. Buhmann, R. Feller,

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1 Das ZEUS-Experiment am HERA-Beschleuniger ZEUS-Gruppe, Institut für Experimentalphysik, Universität Hamburg V. Adler, I. Bloch, P. Buhmann, R. Feller, J. Fourletova, D. Gladkov, T. Gosau, O. Gutsche, U. Holm, C. Horn, B. Kahle, R. Klanner, C. Nguyen, E. Nuncio-Quiroz, U. Pein, H. Prause, A. Raval, R. Santamarta, P. Schleper, T. Schörner-Sadenius, T. Theedt, K. Wichmann, K. Wick Das ZEUS-Experiment Elektron-Proton-Streuung bei hohen Energien ZEUS-KOLLABORATION ca. 350 Physikern von 57 Instituten in 15 Ländern Schwerpunkte: Erforschung der Struktur der Protons, Suche nach Physik jenseits des Standard-Modells. bisher 147 wissenschaftliche Veröffentlichungen. ZEUS-DETEKTOR BEI HERA ein 4 -Vielzweckmeßgerät Uran-Kalorimeter mit hoher Energieauflösung ( (E)/E=0.18/ E für Elektronen) gute Rekonstruktion geladener Spuren. ( (p T )/p T =0.0058p T 0.0065 0.0014/p T ) ca. 3600 t, Abmessungen 10*10*12 m 3. ZEUS-GRUPPE DER UHH 3 Professoren, 3 Post-Docs, 4 Techniker/Ingenieure 13 Doktoranden/Diplomanden, große Nachfrage der Studenten. Mikrovertex-Detektor MVD Silizium-Technologie im Dienste der Physik Der MVD dient dem Nachweis sekundärer Zerfallsvertizes langlebiger Teilchen, vor allem solcher mit beauty- und auch charm-Quarks. Durch die sehr Präzise Messung dieser Vertizes (Grössenordnung 20 m) versetzt er das Experiment in die Lage, QCD-Studien und die Suche nach neuer Physik mit vorher ungekannter Genauigkeit zu betreiben. Der MVD wurde maßgeblich von der ZEUS-Gruppe der UHH mitentwickelt, getestet und in Betrieb genommen. SILIZIUM-TECHNOLOGIE Silizium-Mikrostreifendetektor Ausnutzung der Halbleiter-Eigenschaft des Siliziums: Durchgehende Teilchen erzeugen Elektron-Loch-Paare erzeugen, die getrennt und als Spannungspuls nachgewiesen werden. Strukturierte Oberfläche erlaubt die Ortsbe- stimmung mit bis zu 20 m Genauigkeit. Bild links: Silizium-Modul des MVD mit integrierter Front-End-Elektronik MVD: STRAHLENBELASTUNG UND MONITOR-SYSTEM Teilchenfluß erzeugt Störstellen im Silizium Veschlechterung des Meßverhaltens. Daher Enwicklung eines Monitor- und Alarm-Systems (RadMon): Messung der momentanen und der integrierte Dosis. hohe Dosisbelastung Alarm; HERA kann durch Änderung der Strahlführung reagieren. Suche nach neuer Physik Jenseits des Standard-Modells PENTAQUARKS hadronischen Zuständen aus fünf Quarks. Messung von Pentaquarks mit s-Quarks im Kanal K 0 s p. Massenpeak bei ca. 1520 MeV (Plot rechts). SUCHE NACH ISOLIERTEN LEPTONEN Suche ergibt 2 -Kandidaten (SM-Erwartung 0.2 – W-Kanal) beobachtete Häufung: Produktion EINZELNER TOP- QUARKS oder SUPERSYMMETRIE ? Abbildung: Limits auf die Kopplungen des Top-Quarks an Photon und Z-Boson. SUCHE NACH SUPERSYMMETRIE SUSY ist plausibelsten Erweiterung des Standard-Modells. R-Paritäts-Verletzung (Leptonzahl-Verletzung): Suche Gravitinos: C5-ZÄHLER kleiner Szintillator am rückwärtigen Strahlrohr, mißt Strahlungsniveau (Schutz von MVD, zentraler Spurkammer). Unverzichtbar für Lösung der Untergrundprobleme 2003/4. 6-METER-TAGGER Szintillations-Detektor, der bei Luminositätsmessung hilft. Durch Wasserschaden zerstört. Derzeit Integration des Taggers in den ZEUS-Trigger. URAN-KALORIMETER UCAL zentrale Detektorkomponente von ZEUS. wichtige Beiträge zu Bau und Betrieb Messung der Energie von Teilchen (gestreutes Leptons!). Betreuung wieder unter der Verantwortung der Gruppe. Hardware-Beiträge Bau und Betrieb des ZEUS-Detektors MVD und RADMON (siehe auch oben) wichtige Beiträge zu Design, Bau und Test. Beteiligung am Betrieb und Monitoring des MVD. Erste physikalische Ergebnisse im b-Quark-Bereich auf den letzten Sommer-konferenzen gezeigt: Impaktparameter-Verteilungen für schwere Quarks. SMALL ANGLE REAR TRACKING DETECTOR SRTD unterstützt Messung des gestreuten Elektrons bei niedrigen Werten von Q 2. Szintillatorstreifen. BEAM PIPE TRACKER/CALORIMETER Energie- und Impulsmessung unter sehr kleinen Winkeln. Neue Ergebnisse: Beispiele Unter Beteiligung dieser Gruppe Measurement of beauty production in deep inelastic scattering at HERA, Phys. Lett. B, DS2083. Evidence for a narrow baryonic state decaying to K0s-(anti)proton in deep inelastic scattering at HERA, accepted by Phys. Lett. B. Isolated tau leptons in events with large missing transverse momentum at HERA, Phys. Lett. B583 (2004) 41. Search for single top production in ep collisions at HERA, Phys. Lett. B559 (2003) 153. Search for QCD-instanton induced events in deep inelastic ep scattering at HERA, accepted by European Physical Journal Das Ziel von HERA II Die 5-fache Luminosität! Insgesamt 1fb -1 bis zum Ende des HERA-Runnings (2006/7); dafür musste die Luminosität gegenüber HERA I um einen Faktor 5 gesteigert werden. Massive Umbauten an Beschleuniger und Detektoren im Shutdown 2001/2002. Mit der hohen Statistik der neuen Daten präzise Messungen von F 2, F L und xF 3. Verbesserung vieler Messungen; Reduktion statistischer Fehler um bis zu Faktor 3! deutlich präzisere Bestimmungen wichtiger QCD-Größen: S, PDFs! Studium elektroschwacher Physik mithilfe polarisierter Lepton-Strahlen! Deutlich verbessertes Potentail für die Suche nach neuer Physik! GLUONDICHTE UND S Messung der Strukturfunktionen Extraktion der Partonverteilungsfunktionen (PDFs, Bild rechts). Speziell Gluondichte bei hohen Impulsanteilen x>0.2 praktisch unbekannt (wichtig für LHC!). genaue Messungen des QCD-Kopplungsparameters S ; letztes ZEUS-Ergebnis aus Jet-Ereignissen: VORAUSSETZUNG FÜR LHC LHC benötigt genaue Kenntnis des Protons für Messung von Prozessen des Standard-Modells (z.B. gg H). Verständnis des QCD-Untergrundes wichtig für Entdeckung neuer Physik (Higgs, SUSY). Fortschritt in der QCD - Lernen für LHC Die Struktur des Protons STRUKTURFUNKTIONEN F 2 und F L sehr präzise Messungen von F 2 (Abbildung links), erste Messungen der paritätsverletzenden Strukturfunktion F L. Klarer Nachweis von `scaling violations bei F 2. Gute Beschreibung der Daten durch NLO-QCD-Rechnungen S (M Z )=0.1176±0.0009(stat.)±0.002(syst.)±0.008(theo.). Beauty- und Charm-Physik QCD-Studien mit schweren Quarks BEAUTY-PRODUKTION UND MVD Rechts oben: Transversalimpuls von Myonen aus semileptonischen beauty- Zerfällen relativ zu `ihren Jets, gemessen ohne MVD (siehe links). Der beauty-Anteil kann mithilfe von Simulationen separiert werden. b-Anteil in den Daten: 16%. Rechts unten: Abstand des Muons vom Vertex der Elektron-Proton- Kollision, gemessen dem MVD; der Anteil leichter Quarks wurde subtrahiert. Erste MVD-Daten, ca. 20 pb -1 ! Deutliche Verbesserungen vieler b-Quark-Messungen erwartet. CHARMING und BEAUTIFUL Ereignissen mit schweren Quarks (charm, beauty) erlauben spezifische QCD-Tests (3-Skalen-Problem). Frühere Probleme in der Beschreibung von beauty- Messungen durch neue Ergebnisse überwunden Abbildung links: Vergleich von b-Quark-Prozessen mit der theoretischen Vorhersage.