Suche nach neuen schweren geladenen Eichbosonen mit dem DØ - Detektor Carsten Magass Betreuer : Prof. Dr. Thomas Hebbeker III. Physikalisches Institut A RWTH Aachen Graduiertenseminar Bad Honnef, 22. - 26. August 2005 Exzellenzzentrum für Teilchenphysik ::: Carsten Magass ::: 22. August 2005 ::: Bad Honnef :::

::: Carsten Magass ::: 22. August 2005 ::: Bad Honnef ::: Übersicht Motivation / Theorie Tevatron und DØ – Detektor Monte Carlo Studie Elektronidentifikation und Ereignisselektion QCD Untergrund Erste Ergebnisse Ausblick ::: 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. Suche nach neuen schweren, geladenen Eichbosonen : Eigenschaften dieses Kanals : ‚sauberer´ Endzustand – trotz des Neutrinos (keine Jets) Elektronen sind isoliert, besitzen hohe Transversalimpulse ::: Carsten Magass ::: 22. August 2005 ::: Bad Honnef :::

::: 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 Sinnvolle Annahmen um Anzahl von Parametern zu reduzieren  , ,  Breite ~ Masse Zerfall in 3. Quarkfamilie ::: Carsten Magass ::: 22. August 2005 ::: Bad Honnef :::

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

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

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

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

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

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

W´ en Monte Carlo Studie (III) Globale Schauervariable : c2 - Fit ans Schauerprofil Mittelwerte  Fortpflanzung der Energieabhängigkeit in Rekonstruktionsvariable ! ::: Carsten Magass ::: 22. August 2005 ::: Bad Honnef :::

Elektronidentifikation (I) (1) Kalorimeter hoher Anteil der Schauerenergie in dem EM Lagen isolierter Schauer Schauer ‚elektronartig‘ (c2 - Fit ans Schauerprofil)  nächste Folie (2) Spurdetektor Idee: Nutze den Spurdetektor, aber ohne E/p ! ::: Carsten Magass ::: 22. August 2005 ::: Bad Honnef :::

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

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

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

::: Carsten Magass ::: 22. August 2005 ::: Bad Honnef ::: QCD Untergrund : , Monte Carlos beschreiben QCD unzureichend  Extrahiere den QCD Untergrund aus den Daten  „fake“-Elektron Aber : elektromagnetischer Schauer aus p0 fluktuiert stark in Breite und Tiefe Methode : Selektiere aus Daten Objekte, die Elektronidentifikation erfüllen, aber mit invertiertem Schnitt auf das Schauerprofil c2 Subtrahiere Verteilung der ‚echten‘ Elektronen, die hohes c2 besitzen (SM MC)  Skaliere die so erhaltene Verteilung an die Daten  mit „fake“-Elektronen angereicherter Datensatz ::: Carsten Magass ::: 22. August 2005 ::: Bad Honnef :::

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

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

Vergleich: Daten <-> Monte Carlo (I) mT > Summe SM Daten 150 GeV 397.1 ± 12.5 323 250 GeV 39.7 ± 1.6 37 350 GeV 7.0 ± 0.3 6 ::: Carsten Magass ::: 22. August 2005 ::: Bad Honnef :::

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

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

::: Carsten Magass ::: 22. August 2005 ::: Bad Honnef ::: Limit Vorläufiges Resultat dieser Analyse : mW‘ > 965 GeV @ 95% CL Run I : mW‘ > 786 GeV @ 95% CL ::: Carsten Magass ::: 22. August 2005 ::: Bad Honnef :::

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

Zusammenfassung und Ausblick 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 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 W´ ::: Carsten Magass ::: 22. August 2005 ::: Bad Honnef :::

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

::: Carsten Magass ::: 22. August 2005 ::: Bad Honnef ::: Ausblick : Run IIb Detektor - Upgrade  Shutdown (~ 31. Okt. 2005, 14 Wochen) - Trigger Upgrade Bs Mixing Sensitivity 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 blue : w/o Layer 0 green : w/ Layer 0 Zeitauflösung st : ~ 150 fs  ~ 75 fs dashed : no extra rate solid : 50 Hz B physics only ::: Carsten Magass ::: 22. August 2005 ::: Bad Honnef :::

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

::: Carsten Magass ::: 22. August 2005 ::: Bad Honnef ::: DØ – Detektor Solenoid SMT Szintillatoren des Myonsystems CFT ::: Carsten Magass ::: 22. August 2005 ::: Bad Honnef :::

::: Carsten Magass ::: 22. August 2005 ::: Bad Honnef ::: VLPC Visible Light Photon Counter quantum efficiency ~70 % gain ~ 20000 rate capability > 10 MHz noise < 0.1% @ 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 ::: Carsten Magass ::: 22. August 2005 ::: Bad Honnef :::

c²- Fit ans Schauerprofil (1) Kovarianz – Matrix : MC Elektronen mit 10 GeV < E < 150 GeV Geometrie  37 Matrizen N : Anzahl der Referenzelektronen xi, xj : Variable (i,j = 1, ..., 7) (2) Diagonalisierung vom M : R : Matrix aus Eigenvektoren L : Jordan‘sche Normalform (Matrix aus Eigenwerten) M real, symm. (3) Maß für Übereinstimmung zwischen einem realen EM Objekt und MC ::: Carsten Magass ::: 22. August 2005 ::: Bad Honnef :::

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