r4 - 01 Sep 2008 - 13:25:42 - AndreRummler?You are here: TWiki > 
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ATLAS an der TU DortmundAnalysen zum Top-Quark |
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Das Top-Quark wurde 1995 am Tevatron/Fermilab (Chicago) als das vermeintlich letzte und schwerste der sechs Quarks des Standartmodells gefunden. Seine physikalischen Eigenschaften machen es zu einem der interessantesten Teilchen der modernen Hochenergiephysik. Das Physikpotential des Top-Quarks beinhaltet z.B. den Produktionsquerschnitt, seinen Spin, seine Masse, Ladung sowie Zerfallsbreite, Verzweigungsverhältnisse des Top-Zerfalls aber auch seltene Zerfälle jenseits des Standardmodells. Aufgrund seiner hohen Masse von mt = (171.4 ± 1.2 (stat.) ± 1.8 (syst.))GeV/c2 , welche sich relativ nah an der Skala der elektroschwachen Symmetriebrechung befindet, stellt das Top-Quark unter anderem ein Schlüssel zum Verständnis des Ursprungs der Masse dar. Somit ist eine Vorhersage für das Standardmodell-Higgs-Boson möglich. Generell läßt sich das Standardmodell durch Präzisionsmessungen der Top-Masse auf innere Konsistenz überprüfen, bzw eventuelle Abweichungen der gemessenen Top-Quark-Eigenschaften lassen auf Physik jenseits des Standardmodells schließen. EIV konzentriert sich zur Zeit auf zwei dieser Eigenschaften des Top-Quarks: Die Präzisionsmessung seiner Masse basierend auf der Zerfallslängenmethode sowie Effizienzstudien bzgl. des Top-Antitop-Produktionsquerschnitts:
Top-Quarks können sowohl im Rahmen der straken Wechselwirkung als
-Paare erzeugt werden. Bei LHC beträgt der Gesamtwirkungsquerschnitt für die -Produktion 
. Dabei werden 87% aller Top-Anti-Top Paare durch Gluon-Fusion und 13% durch 
-Annihilation erzeugt:
Zusätzlich erlaubt das Standardmodell ebenfalls elektroschwache Produktionskanäle für einzelne Top Quarks. Dabei sagt das Standardmodell einen Wirkungsquerschnitt in der Größenordnung von
voraus. D.h. im Vergleich zur -Produktion und zu anderen Prozessen mit gleichen Endzuständen (z.B. W+jets) sind Single Tops stark unterdrückt. Seit November/Dezember 2006 gibt es jedoch bei beiden Tevatron Experimenten D0 (
) als auch CDF (
) Evidenz für Single Top Produktion. Erste direkte Messungen des Matrixelements 
der CKM Matrix wurden ebenfalls veröffentlicht (
mit 95% C.L.).
Das top-Quark geht mit hoher Wahrscheinlichkeit in ein b-Quark über, wobei ein W-Boson abgestrahlt wird. Im Folgenden sind ein typischer Single-Top-Zerfall sowie die Verzweigungsverhältnisse für den Zerfall von-Paaren gezeigt:
Der aktuelle Wert für die Top-Quark Masse wird dominiert duch systematische Unsicherheiten, wobei der Haupteinfluß duch die so genannte Jet-Energy-Scale (JES) der Kalorimeter gegeben ist. Eine Methode zur Top-Quark-Massenbestimmung, die ohne Kalorimeterinformationen auskommt, beruht auf der Messung der mittleren transversalen Zerfallslänge des aus dem Top-Zerfall stammenden b-Mesons, basierend auf Spurrekonstruktion mittels Vertexdetektoren [C.S. Hill, J.R. Incandela, J.M. Lamb: Physical Review D 71, 054029, 2005]. Bei ausreichender Statistik, welche bei ATLAS durch die hohe LHC Luminosität von
gegeben sein wird, stellt diese Methode eine Möglichkeit zur Überprüfung anderer Methoden dar, und in Kombination mit diesen ermöglicht sie eine Reduktion der systematischen Einflüsse auf die Top-Quark-Masse. ···→ mehr
Desweiteren beschäftigt sich EIV mit dem Wirkungsquerschnitt der-Erzeugung am LHC, der theoretisch mit 825 pb vorherbestimmt wurde. Abweichungen von diesem Wert könnten auf "Beyond-Standard-Model"-Prozesse hinweisen. Zu den Faktoren, die die experimentelle Bestimmung des Wirkungsquerschnittes beeinflussen, gehört die Bestimmung der Nachweis-Effizienz. Der Dortmunder Beitrag hierzu ist eine Effizienzstudie. Da der Wirkungsquerschnitt unter anderem auch vom transversalen Impuls 
und der Pseudorapidität 
abhängt
geht die Effizienz, mit der diese Größen bestimmt wurden, in die Berechnung des Wirkungsquerschnittes mit ein. Deshalb untersuchen wir in unserer Studie durch Vergleiche von Rekonstruktions- und Monte-Carlo Truth-Daten simulierter Topzerfälle, wie gut die genannten Größen rekonstruiert werden. Dadurch wollen wir die Effizienz bestimmen und auch Rekonstruktionsalgorithmen verbessern, um den systematischen Fehler der Bestimmung des Wirkungsquerschnittes der-Paarerzeugung zu verringen. ···→ mehr
Top-Quark Physik an Hadron-Hadron-Collidern
Top-Quark Produktion
Top-Quarks können sowohl im Rahmen der straken Wechselwirkung als
-Paare erzeugt werden. Bei LHC beträgt der Gesamtwirkungsquerschnitt für die -Produktion . Dabei werden 87% aller Top-Anti-Top Paare durch Gluon-Fusion und 13% durch -Annihilation erzeugt:
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-Annihilation |
Zusätzlich erlaubt das Standardmodell ebenfalls elektroschwache Produktionskanäle für einzelne Top Quarks. Dabei sagt das Standardmodell einen Wirkungsquerschnitt in der Größenordnung von
voraus. D.h. im Vergleich zur -Produktion und zu anderen Prozessen mit gleichen Endzuständen (z.B. W+jets) sind Single Tops stark unterdrückt. Seit November/Dezember 2006 gibt es jedoch bei beiden Tevatron Experimenten D0 () als auch CDF () Evidenz für Single Top Produktion. Erste direkte Messungen des Matrixelements der CKM Matrix wurden ebenfalls veröffentlicht ( mit 95% C.L.).
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Top-Quark Zerfall
Das top-Quark geht mit hoher Wahrscheinlichkeit in ein b-Quark über, wobei ein W-Boson abgestrahlt wird. Im Folgenden sind ein typischer Single-Top-Zerfall sowie die Verzweigungsverhältnisse für den Zerfall von
-Paaren gezeigt:
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Top-Quark Massenbestimmung mittels der Zerfallslängenbestimmung von B-Mesonen
Der aktuelle Wert für die Top-Quark Masse wird dominiert duch systematische Unsicherheiten, wobei der Haupteinfluß duch die so genannte Jet-Energy-Scale (JES) der Kalorimeter gegeben ist. Eine Methode zur Top-Quark-Massenbestimmung, die ohne Kalorimeterinformationen auskommt, beruht auf der Messung der mittleren transversalen Zerfallslänge des aus dem Top-Zerfall stammenden b-Mesons, basierend auf Spurrekonstruktion mittels Vertexdetektoren [C.S. Hill, J.R. Incandela, J.M. Lamb: Physical Review D 71, 054029, 2005]. Bei ausreichender Statistik, welche bei ATLAS durch die hohe LHC Luminosität von
gegeben sein wird, stellt diese Methode eine Möglichkeit zur Überprüfung anderer Methoden dar, und in Kombination mit diesen ermöglicht sie eine Reduktion der systematischen Einflüsse auf die Top-Quark-Masse. ···→ mehr
Produktionswirkungsquerschnitt des Top-Antitop-Quark-Paares
Desweiteren beschäftigt sich EIV mit dem Wirkungsquerschnitt der
-Erzeugung am LHC, der theoretisch mit 825 pb vorherbestimmt wurde. Abweichungen von diesem Wert könnten auf "Beyond-Standard-Model"-Prozesse hinweisen. Zu den Faktoren, die die experimentelle Bestimmung des Wirkungsquerschnittes beeinflussen, gehört die Bestimmung der Nachweis-Effizienz. Der Dortmunder Beitrag hierzu ist eine Effizienzstudie. Da der Wirkungsquerschnitt unter anderem auch vom transversalen Impuls und der Pseudorapidität abhängt
geht die Effizienz, mit der diese Größen bestimmt wurden, in die Berechnung des Wirkungsquerschnittes mit ein. Deshalb untersuchen wir in unserer Studie durch Vergleiche von Rekonstruktions- und Monte-Carlo Truth-Daten simulierter Topzerfälle, wie gut die genannten Größen rekonstruiert werden. Dadurch wollen wir die Effizienz bestimmen und auch Rekonstruktionsalgorithmen verbessern, um den systematischen Fehler der Bestimmung des Wirkungsquerschnittes der
-Paarerzeugung zu verringen. ···→ mehr
Literatur
- Wolfgang Wagner:
Top quark physics in hadron collisions
Rep. Prog. Phys. 68 (2005), - E. W. N. Glover:
Top quark physics at Colliders
arXiv:hep-ph/9401258 (21. September 2005), - Jean-François Arguin:
Top Quark Mass and Properties at the Tevatron
arXiv:hep-ex/0507106 v1 (29. July 2005), - H. B. Greenlee:
Top Quark Results from D0
arXiv:hep-ex/0506026 v1 (10. June 2005),
Links
-- IngoReisinger? - 30 Jul 2008
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