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::: Carsten Magass ::: 22. August 2005 ::: Bad Honnef ::: Suche nach neuen schweren geladenen Eichbosonen mit dem DØ - Detektor Carsten Magass III. Physikalisches.

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1 ::: Carsten Magass ::: 22. August 2005 ::: Bad Honnef ::: Suche nach neuen schweren geladenen Eichbosonen mit dem DØ - Detektor Carsten Magass III. Physikalisches Institut A RWTH Aachen Exzellenzzentrum für Teilchenphysik Betreuer : Prof. Dr. Thomas Hebbeker

2 ::: Carsten Magass ::: 22. August 2005 ::: Bad Honnef ::: Übersicht Motivation / Theorie Motivation / Theorie Tevatron und DØ – Detektor Tevatron und DØ – Detektor Monte Carlo Studie Monte Carlo Studie Elektronidentifikation und Ereignisselektion Elektronidentifikation und Ereignisselektion QCD Untergrund QCD Untergrund Erste Ergebnisse Erste Ergebnisse Ausblick Ausblick

3 ::: Carsten Magass ::: 22. August 2005 ::: Bad Honnef ::: Vielzahl an theoretischen Modellen für Physik außerhalb des Standardmodells und auch außerhalb von SUSY R. Mohapatra, Unification and Supersymmetry, Kap. 6. – 8. Eigenschaften dieses Kanals : sauberer´ Endzustand – trotz des Neutrinos (keine Jets) Elektronen sind isoliert, besitzen hohe Transversalimpulse Suche nach neuen schweren, geladenen Eichbosonen :

4 ::: Carsten Magass ::: 22. August 2005 ::: Bad Honnef ::: Schwere Eichbosonen Werden von vielen Erweiterungen des SM vorausgesagt Parameter : Masse, Breite Zusätzlich : Mischung (Massenzustände Gruppenzustände) neue Fermion – Boson – Kopplungen neue CKM – Matrix Zerfall in 3. Quarkfamilie Sinnvolle Annahmen um Anzahl von Parametern zu reduzieren, Breite ~ Masse

5 ::: Carsten Magass ::: 22. August 2005 ::: Bad Honnef ::: Tevatron am Fermilab Main Injector & Recycler Umfang ~ 3.2 km Tevatron Umfang ~ 6.4 km Chicago p p p p 1.96 TeV CDF DØ

6 ::: Carsten Magass ::: 22. August 2005 ::: Bad Honnef ::: DØ – Detektor ~ 2 Tesla Toroid

7 ::: Carsten Magass ::: 22. August 2005 ::: Bad Honnef ::: DØ – Detektor Lichtleiter aus dem CFT VLPC Cryo – Cassette (~10 K) Szintillatoren + Photomultiplier - HV - Signal - LED (Kalibration)

8 ::: Carsten Magass ::: 22. August 2005 ::: Bad Honnef ::: DØ - Kalorimeter Endcap Calorimeter (EC) Central Calorimeter (CC) Projektive Tower Hadronisches Kalorimeter Elektro- magnetisches Kalorimeter Kryostat (78 Kelvin) : Flüssiges Argon + Uranabsorber 4 Lagen im CC EM Segmentation : Energieauflösung : E (E = 200 GeV) = 9 GeV ~ 4% für E > 200 GeV

9 ::: Carsten Magass ::: 22. August 2005 ::: Bad Honnef ::: W´ e Monte Carlo Studie (I) W´ ??? Zunehmende Masse Wirkungsquerschnitt fällt drastisch Wirkungsquerschnitt fällt drastisch Verteilung der transversalen Masse ist flach über großen Bereich Verteilung der transversalen Masse ist flach über großen Bereich Verschmierung des Jacobi – Peaks ( nicht erkennbar) Verschmierung des Jacobi – Peaks ( nicht erkennbar) PYTHIA

10 ::: Carsten Magass ::: 22. August 2005 ::: Bad Honnef ::: W´ e Monte Carlo Studie (II) Darstellung der Energiedeposition des Elektronschauers im Kalorimeter in Abhängigkeit von der Transversalenergie des Elektrons Mittelwerte

11 ::: Carsten Magass ::: 22. August 2005 ::: Bad Honnef ::: W´ e Monte Carlo Studie (III) Globale Schauervariable : 2 - Fit ans Schauerprofil Fortpflanzung der Energieabhängigkeit in Rekonstruktionsvariable ! Mittelwerte

12 ::: Carsten Magass ::: 22. August 2005 ::: Bad Honnef ::: Elektronidentifikation (I) (1) Kalorimeter hoher Anteil der Schauerenergie in dem EM Lagen isolierter Schauer Schauer elektronartig ( 2 - Fit ans Schauerprofil) (2) Spurdetektor Idee: Nutze den Spurdetektor, aber ohne E/p ! nächste Folie

13 ::: Carsten Magass ::: 22. August 2005 ::: Bad Honnef ::: Elektronidentifikation (II) Schnitt auf Schauervariable ist energieabhängig : Rekonstruktionseffizienz für Elektronen energieunabhängig

14 ::: Carsten Magass ::: 22. August 2005 ::: Bad Honnef ::: R Elektronidentifikation (III) R Treffer im Spurdetektor Anwesenheitskontrolle im Spurdetektor Präzisionsmessung der Energie im Kalorimeter Kalorimeter Auflösung in : ~ 5 mrad ~ 5 mrad

15 ::: Carsten Magass ::: 22. August 2005 ::: Bad Honnef ::: Ereignisselektion (August 2002 – August 2004) Elektrontrigger soll gefeuert haben Primärvertexposition |z vtx | < 60 cm mind. 1 Elektronkandidat (Kalorimeter und Spurdetektor) Central Calorimeter : | det | < 1.05 E T > 30 GeV aus Primärvertex |z vtx - z e | < 1 cm Elektron Neutrino fehlende transversale Energie MET > 30 GeV Ereignis ausbalanciert : 0.4 < E T / MET < 2 z pp z ~ 38 cm

16 ::: Carsten Magass ::: 22. August 2005 ::: Bad Honnef ::: QCD Untergrund :, Monte Carlos beschreiben QCD unzureichend Extrahiere den QCD Untergrund aus den Daten Methode : Selektiere aus Daten Objekte, die Elektronidentifikation erfüllen, aber mit invertiertem Schnitt auf das Schauerprofil 2 Subtrahiere Verteilung der echten Elektronen, die hohes 2 besitzen (SM MC) Skaliere die so erhaltene Verteilung an die Daten Aber : elektromagnetischer Schauer aus 0 fluktuiert stark in Breite und Tiefe fluktuiert stark in Breite und Tiefe fake-Elektron fake-Elektron mit fake-Elektronen angereicherter Datensatz

17 ::: Carsten Magass ::: 22. August 2005 ::: Bad Honnef ::: QCD Skalierung (Vorselektion)

18 ::: Carsten Magass ::: 22. August 2005 ::: Bad Honnef ::: EM Cal HAD Cal QCD im Detektor ~ 1 GeV

19 ::: Carsten Magass ::: 22. August 2005 ::: Bad Honnef ::: Vergleich: Daten Monte Carlo (I) m T >Summe SMDaten 150 GeV397.1 ± GeV39.7 ± GeV7.0 ± 0.36

20 ::: Carsten Magass ::: 22. August 2005 ::: Bad Honnef ::: Vergleich: Daten Monte Carlo (II) Gute Übereinstimmung zwischen Daten und SM Monte Carlo Vorhersage !

21 ::: Carsten Magass ::: 22. August 2005 ::: Bad Honnef ::: Statistische Interpretation : Binned Likelihood Limit wird auf einen Quotienten angegeben : Poisson Statistik * Gaussische Fluktuation Normierung Signal + Untergrund Ereignisse im Bin i Limit : A : Geometrische Akzeptanz

22 ::: Carsten Magass ::: 22. August 2005 ::: Bad Honnef ::: Limit Vorläufiges Resultat dieser Analyse : m W > % CL Run I : m W > % CL

23 ::: Carsten Magass ::: 22. August 2005 ::: Bad Honnef ::: Kandidat MET

24 Zusammenfassung und Ausblick W´ Erweiterung auf den vollen Run IIa Datensatz (08/2002 – 10/2005, ~ 1 fb -1 ) im neuen Datenformat Publikation Strategie für die Suche mit dem CMS Detektor am LHC Vorstellung der Suche nach W Produktion am Tevatron mit dem DØ Detektor - Monte Carlo Studie - Elektronidentifikation und Ereignisselektion - Behandlung des QCD – Untergrundes - Statistische Methode Vorläufiges Resultat übertrifft Run I Limits

25 ::: Carsten Magass ::: 22. August 2005 ::: Bad Honnef ::: Ausblick : Luminosität Shutdown Effizienz : ~ 85 – 95 % 1 fb -1 TeV DØ

26 ::: Carsten Magass ::: 22. August 2005 ::: Bad Honnef ::: Ausblick : Run IIb Detektor - Upgrade Shutdown (~ 31. Okt. 2005, 14 Wochen) - Trigger Upgrade Neu : L1CAL, L1CALTRK Erweitert : L1CTT, L2STT, Lumi, L3/DAQ - Layer 0 (Silicon) Herausforderungen : Aus-/Wiedereinbau der Beampipe vollst. Demontage des alten L1CAL viele Arbeiten gleichzeitig sehr enger Zeitrahmen B s Mixing Sensitivity blue : w/o Layer 0 green : w/ Layer 0 dashed : no extra rate solid : 50 Hz B physics only Zeitauflösung : ~ 150 fs ~ 75 fs

27 ::: Carsten Magass ::: 22. August 2005 ::: Bad Honnef ::: Backup

28 Solenoid DØ – Detektor Szintillatoren des Myonsystems SMT CFT

29 ::: Carsten Magass ::: 22. August 2005 ::: Bad Honnef ::: VLPC Visible Light Photon Counter quantum efficiency ~70 % gain ~ rate capability > 10 MHz noise < full efficiency manufactured in arrays of 8 circular pixels, each ø 1 mm bias voltage 6.5 – 7.5 V temperature 6.5 – 14 K crygenetic environment cassettes with 128 arrays

30 ::: Carsten Magass ::: 22. August 2005 ::: Bad Honnef ::: ²- Fit ans Schauerprofil ²- Fit ans Schauerprofil (1) Kovarianz – Matrix : N : Anzahl der Referenzelektronen x i, x j : Variable (i,j = 1,..., 7) Geometrie 37 Matrizen (3) Maß für Übereinstimmung zwischen einem realen EM Objekt und MC MC Elektronen mit 10 GeV < E < 150 GeV (2) Diagonalisierung vom M : R : Matrix aus Eigenvektoren : Jordansche Normalform (Matrix aus Eigenwerten) M real, symm.

31 ::: Carsten Magass ::: 22. August 2005 ::: Bad Honnef ::: Jacobi - Verteilung W W


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