Raimund Ströhmer, LMU München

Präsentation zum Thema: "Raimund Ströhmer, LMU München"—  Präsentation transkript:

1 Raimund Ströhmer, LMU München
Die Bestimmung der Massen von W-Boson und Top-Quark für den Präzisionstest der elektroschwachen Theorie Raimund Ströhmer, LMU München, Sektion Physik, LS Schaile Motivation Bestimmung der W-Boson Masse am LEP Bestimmung der W-Boson Masse am Tevatron Der Level 2 Myontrigger beim D0 Experiment Messung der Top Masse am Tevatron Silizium-Vertexdetektoren Zukunftsaussichten Raimund Ströhmer, LMU München

2 Die elektroschwache Wechselwirkung
Fermi hat zur Erklärung des b- Zerfalles eine 4-Fermion Wechselwirkung eingeführt. Um Divergenzen bei hohen Schwerpunktsenergien zu vermeiden, werden massive Eichbosonen eingeführt. Im Standardmodell werden die Massen der Eichbosonen durch den Higgsmechanismus erklärt. Konsistente Theorie mit wenigen Parametern Raimund Ströhmer, LMU München

3 Raimund Ströhmer, LMU München
Die Masse des W-Bosons In niedrigster Ordnung ist die W-Masse durch 3 Parameter bestimmt. (Üblicherweise: MZ , Gm , a ) Zusätzliche Abhängigkeit von MTop und MHiggs durch Beiträge höherer Ordnung Messung von Mw und MTop testet das Standardmodell auf dem Niveau von Schleifen-Korrekturen. Raimund Ströhmer, LMU München

4 Bestimmung der W-Masse am LEP
e+e- - Collider: 27 km Umfang LEP I: ECM= 91 ±3 GeV, 4 x 4 106 Z0 LEP II: ECM= GeV, 4 x 10 103 W-Paare Raimund Ströhmer, LMU München

5 Raimund Ströhmer, LMU München
W-Paar Produktion 68% der W-Bosonen zerfallen hadronisch Raimund Ströhmer, LMU München

6 Raimund Ströhmer, LMU München
Ereignistopologien hadronisch (46%) Keine fehlende Energie. Zuordnung von Jets zu Ws Endzustandswechselw. semileptonisch (44%) Rekonstruktion des Neutrinos aus Impuls- und Energieerhaltung leptonisch (10%) Vollständige kinematische Rekonstr. nicht möglich, Mw aus Energiespektrum Raimund Ströhmer, LMU München

7 Kinematische Rekonstruktion
Invariante Jetpaar-Masse hat eine Auflösung von etwa 10% (Energieauflösung der Jets) Kinematischer Fit: Bestimmung der Jet- und Lepton-Impulse so dass: Energie-Impuls-Erhaltung erfüllt ist möglichst gute Übereinstimmung mit der Messung Bias durch Anfangszustands-Strahlung. Schwerpunktsenergie muss bekannt sein. Raimund Ströhmer, LMU München

8 Massenbestimmung: Methode 1
Vergleich von Daten und simulierten Massenspektren Alle Einflüsse auf das Massenspektrum die in der Simulation enthalten sind, werden automatisch berücksichtigt. Alle Einflüsse auf das Massenspektrum die in Monte Carlo enthalten sind werden automatisch berücksichtigt. Raimund Ströhmer, LMU München

9 Massenbestimmung: Methode 2
Bestimmung der Ereigniswahrscheinlichkeit durch Faltung einer Physikfunktion (Wahrscheinlichkeit, eine bestimmte W-Masse zu produzieren) mit einer Auflösungsfunktion (Wahrscheinlichkeit, dass das beobachtete Ereignis von einer bestimmte W-Masse stammt) Raimund Ströhmer, LMU München

10 Systematische Unsicherheiten
Strahlenergie Aufgrund des kinematischen Fits Detektorauflösung Kalibrierung mit Z0-Ereignissen Elektromagnetische Korrekturen Anfangs- und Endzustandsstrahlung Virtuelle Korrekturen Hadronisation Endzustandswechselwirkungen Raimund Ströhmer, LMU München

11 Raimund Ströhmer, LMU München
Hadronisation Übergang von farbigen Quarks und Gluonen in Hadronen kann nur durch Modelle beschrieben werden. Systematische Unsicherheiten wegen: Zuordnung von Teilchen zu Jets Mindestimpuls von Teilchen Schlechte Energieauflösung für neutrale Hadronen Behandlung aller geladenen Teilchen als Pionen Abschätzung des Fehlers durch Vergleich verschiedener Modelle bzw. Modellparameter, die die LEP I Z0-Daten gut beschreiben. Raimund Ströhmer, LMU München

12 Endzustandswechselwirkung
Zerfallen beide W-Bosonen hadronisch, sind Wechselwirkungen zwischen den Zerfallsprodukten möglich. Bose-Einstein Korrelation: Verstärkte Produktion von identischen Bosonen (unterschiedlicher Ws) nahe im Phasenraum. Color Reconnection: Wechselwirkung von farbigen Objekten von verschiedenen W-Bosonen. Wenn die beiden Ws nicht unabhängig zerfallen, kann das die Massenmessung beeinflussen: Ist der Winkel zwischen Jets von unterschiedlichen Ws kleiner  Winkel zwischen Jets vom selben W größer  größere rekonstruierte Masse. Raimund Ströhmer, LMU München

13 Raimund Ströhmer, LMU München
Color Reconnection Effekt von Color-Reconnection während der Hadronisation nur durch phänomenologische Modelle beschreibbar. Partonen von unterschiedlichen Ws hadronisieren nicht unabhängig. Erhöhte Produktion von niederenergetischen Teilchen zwischen Jets von unterschiedlichen Ws. Ausschluss von extremen Modellen: Studien des Teilchenflusses zwischen den Jets. Reduktion des Einflusses auf Massenmessung: Bestimmung der Jetrichtung nur mit Teilchen mit Mindesimpuls (typisch 2 GeV). Raimund Ströhmer, LMU München

14 Raimund Ströhmer, LMU München
Die W-Boson Masse Dominante Fehler in MeV qqln qqqq Komb ISR/FSR 8 Hadronisation 19 18 Detektor 14 10 LEP Strahlenergie 17 Color Recon. - 90 9 Bose-Einstein 35 3 tot. syst. Fehler 31 101 stat. Fehler 32 29 Raimund Ströhmer, LMU München

15 Raimund Ströhmer, LMU München
Das Tevatron am Fermilab bei Chicago Run I: 100 pb-1 bei s = 1.8 TeV Run II: seit 2001 geplant 4-9 fb-1 bei s = 1.96 TeV Detektor Upgrades: Spurkammern (zentrales Magnetfeld für D0) Silizium Vertexdetektoren, Trigger und Elektronik, u.a. Raimund Ströhmer, LMU München

16 Die W-Boson Masse am Tevatron
Bestimmung aus leptonischen W- Zerfällen (e,m) da zu hoher Untergrund für hadronische Zerfälle Neutrinoenergie kann nicht vollständig rekonstruiert werden da Energie entlang der Strahlachse nicht bekannt ist Benutze: Dominante Fehler: Statistik, Lepton-Energieskala (bestimmt aus Z0- und J/y-Ereignissen)  große Verbesserungen in Run II erwartet Raimund Ströhmer, LMU München

17 Der Level 2 Myontrigger bei D0
Bestimmung von Spursegmenten im A- und BC-Layer. Abschätzung des Impulses: Richtungsänderung zwischen A- und BC-Layer im Magnetfeld. Verfügbare Zeit zur Bestimmung der Spursegmente  30ms Unabhängige Bestimmung für Detektorregionen auf einzelnen Prozessoren (80 x 160 MHz DSP) Test von Hitmustern mit Lookup Tabellen (die benutzten DSP arbeiten nur mit integer Zahlen) Effizienz  97% Raimund Ströhmer, LMU München

18 Raimund Ströhmer, LMU München
Top Produktion Ereignistopologie bestimmt durch W-Zerfälle b Paar-Produktion W 85% Dilepton (e,m) 5% Lepton (e,m)+Jets 29% Nur Jets 46% t +X 20% t 15% t W σtheory ≈ 7 pb b BR( t → Wb) ≈ 100% b-Jet: Identifiziert durch Sekundärvertex oder Lepton Raimund Ströhmer, LMU München

19 Bestimmung der Top-Masse
Massenspektren Kinematischer Fit unter tt-Hypothese. Benutze c2 um beste Kombination zu wählen. Vergleiche Massenverteilung mit Monte Carlo Template. Ereigniswahrscheinlichkeit Signal- und Untergrund- wahrscheinlichkeit für jedes Ereignis als Funktion von MTop Benutze alle Kombinationen Fehler des neuen D0 Ergebnises entspricht 2.5 mal höherer Statistik - D0 Lepton+jets Raimund Ströhmer, LMU München

20 Sekundärer Vertex-Tag
D0 Silizium- Vertexdetektor 6 Barrels 12 F-disks 4 H-disks Lange B-Hadron-Zerfallslänge: (ct  450 mm)*Boost  Lxy ~ 3mm Der Zerfall hat hohe Multiplizität. Raimund Ströhmer, LMU München

21 Der SVX2/SVX3 Auslesechip
Anforderungen: 132 ns Bunch-Spacing 5 ms L1 Entscheidungszeit Auslese für L2 Trigger Auslese nur von Kanälen mit Signal über einer Schwelle Dynamische Pedestal Subtraktion Strahlenhärte (4MRad getestet) Analoge Pipeline Raimund Ströhmer, LMU München

22 Raimund Ströhmer, LMU München
Der SVX3 Auslese Chip Speichern des analogen Signals in Pipelinezellen. Gleichzeitiges Lesen und Schreiben von unterschiedlichen Pipelinezellen  Totzeitlose Auslese Raimund Ströhmer, LMU München

23 Raimund Ströhmer, LMU München
Zusammenfassung MTop = ± 5.3 GeV/c2 MW= ± GeV/c2 Das Standardmodell wir auf dem Niveau von Quantenkorrekturen bestätigt. Raimund Ströhmer, LMU München

24 Raimund Ströhmer, LMU München
Aussichten Tevatron Run II und LHC Analysen werden systematisch limitiert sein. MTop : Jetenergie und Endzustandsgluonstrahlung (1-2 GeV) MW : Leptonenergieskala, fehlende Energie (10-20 MeV) Reduktion der systematischen Fehler durch große Kontrollensemble e+ e- Linearbeschleuniger Bestimmung von MTop und MW durch einen Scan der Schwerpunktsenergie an der Paarproduktionsschwelle. Erwartete Genauigkeit: dMTop  200 MeV, dMW  2 MeV, Raimund Ströhmer, LMU München