Seminarvortrag von Florian Senger Das Top-Quark Seminarvortrag von Florian Senger

Inhalt Was ist das Top-Quark? Motivation Produktion Entdeckung Messung der Masse Ausblick

Was ist das Top-Quark?

Top-Quark: Isospin-Doublet-Partner des Bottom-Quark Top-Quark schwerstes Elementarteilchen, Masse ähnlich der eines Gold-Atoms

Durch Schleifenkorrekturterm lässt sich die Topmasse bereits theoretisch vorhersagen Z-Masse sehr genau bekannt: 92+-2GeV/c2

Chronologische Entwicklung der mtop-Werte

Motivation

Durch Schleifenkorrekturterm lässt sich Masse des Higgs-Bosons in Abhängigkeit der Top-Masse und der W-Masse berechnen Higgs-Masse fundamental für Standart-Modell

Grünes Band: Geradenschar mt gegen mw in Abhängigkeit von mH

Produktionsmöglichkeit: Momentan höchstmögliche Energie für ee--Kollisionen: 209 GeV am LEP Offensichtlich nicht ausreichend

Produktion Wirkungsquerschnitt: 6,8 pb

Gluon-Gluon-Kollision, Anteil: 10-15%

Zerfallskanäle t→ W+b t→W-b W+→l+n W+→qq‘ W-→l-n W-→qq‘ - - - - -

Zerfallshäufigkeit

Et: transversale Energie, Et=Esinµ Pt: Transversal-Impuls p p Et: transversale Energie, Et=Esinµ Pt: Transversal-Impuls Et: fehlende transversale Energie, bedingt durch Neutrinos /

Entdeckung

Tevatron - √s = 1,8 TeV Bei einem Querschnitt von ~6 pb und einer integrierten Luminosität von ~100 pb-1 erwarten wir ~600 Ereignisse

Im Spurdetektor und im EM-Kalorimeter werden Et und Pt von Elektronen gemessen, die beim leptonischen W-Zerfall entstehen, im µ-Detektor von entstehenden Myonen. Et lässt auf Neutrinos schliessen.

Detektorkomponenten, D0

Auswahlregeln, semileptonischer Kanal: Ereignisse müssen, um berücksichtigt zu werden: Ein Elektron (Myon) und vier Jets enthalten Es gibt 24 verschiedene Möglichkeiten, ein Ereignis der Top-Theorie folgend zu rekonstruieren Durch SVX und SLT gemessene Jets werden B-Quarks zugeordnet

Querschnitte durch den Messbereich Secondary Vertex (SVX) Tagging: In Spurkammern werden die Jets der B-Zerfälle vermessen und ihre Energie in Kalorimetern bestimmt. Lebensdauer B-Quark: 1,6 ps

SLT / SVX Second Vertex Tagging (SVX): In Detektoren nahe beim Kollisionspunkt werden die Zerfälle der B-Mesonen vermessen und ihre Energie bestimmt Semileptonic Tagging (SLT): In Spurkammer, EM-Kalorimeter und Myonenkammer wird nach Leptonen aus semileptonischem Zerfall der B-Mesonen gesucht

CDF Gesamtereignisse: Kreise Berechneter Hintergrund: Kästchen ermittelte SVX-Tags: Dreiecke

Anzahl beobachteter Ereignisse aufgetragen gegen Anzahl erwarteter Hintergrundereignisse und Wahrscheinlichkeit, daß alle Ereignisse auf Hintergrund zurückzuführen sind:

erste experimentelle Bestimmung der Top-Masse zu Mtop=176+-8(stat)+-10(syst)GeV/c²

Messung der Masse

1998 veröffentlicht CDF eine präzisere Messung der Top-Masse 1998 veröffentlicht CDF eine präzisere Messung der Top-Masse. Es werden wieder pp´-Kollisionen durchgeführt, mit √s =1,8TeV und einer Luminosität von 109 pb-1

Verbesserung der Auswertung Es werden nur Ereignisse oberhalb einer gewissen Mindestenergie der Jets und Leptonen berücksichtigt Eine X²-Minimierung wird auf die Ereignisse angewandt, Ereignisse mit X²>10 werden nicht berücksichtigt Am Ende bleiben 76 Ereignisse

Die Massenrekonstruktion führt zu folgender Verteilung:

Folgende systematische Fehler müssen bei der Messung berücksichtigt werden: Damit ergibt sich die Top-Masse zu 175,9+-4,8(stat)+-4,9(syst) GeV/c²

Zeitliche Entwicklung der Fehler

Ausblick Neuere Messungen haben für die Top-Masse 171,4+-2,1 GeV ergeben Genauere Messungen werden durch das LHC möglich

Zusammenfassung Top-Quark theoretisch schon länger durch Standart-Modell vorhergesagt Top-Quark-Masse fundamental wichtig für Standart-Modell (Vorhersage der Higgs-Masse) Top-Quark am Fermilab 1994 nachgewiesen und mittlerweile zu 171,4 GeV bestimmt