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Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:bsz:25-opus-26359
URL: http://www.freidok.uni-freiburg.de/volltexte/2635/


Nöding, Carsten

Suche nach Neuer Physik in Elektron-Tau Endzuständen in Proton-Antiproton Kollisionen bei 1.96 TeV

Search for New Physics in Electron-Tau Final States in Proton-Antiproton Collisions at 1.96 TeV

Dokument1.pdf (3.303 KB) (md5sum: b0c83913dbb167ace2be16eb17668f08)

Kurzfassung in Deutsch

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Suche nach Neuer Physik jenseits des Standardmodells, wie sie von supersymmetrischen Modellen (SUSY) vorausgesagt werden. Der betrachtete Endzustand besteht aus einem Elektron, einem hadronisch zerfallenden Tau und fehlender transversaler Energie. Die Arbeit besteht aus zwei Analysen, welche einen komplementären SUSY Parameterraum abdecken: die erste Analyse sucht nach der direkten Produktion von supersymmetrischen Teilchen und untersucht SUSY bei kleinen Werten von tan beta; die zweite Analyse sucht nach neutralen Higgs-Bosonen im erweiterten Higgs-Sektor und untersucht SUSY bei großen Werten von tan beta. Der zugrundeliegende Datensatz wurde vom D0 Detektor am Tevatron Speicherring (Fermilab, USA) aufgezeichnet, wo Protonen und Antiprotonen bei einer Schwerpunktsenergie von 1.96 TeV zur Kollision gebracht werden. Die Daten wurden im Zeitraum von April 2002 bis Juli 2004 erfasst und entsprechen einer integrierten Luminosität von 327 inversen picobarn.

Aufgrund des erwarteten hohen Untergrundes von QCD Jetproduktion und Z/gamma* -> ee stellt der betrachtete Endzustand eine Herausforderung an Hadron-Maschinen dar. Neben der Suche nach Supersymmetrie wird deshalb die Rekonstruktion von Z/gamma^* -> tau+tau Ereignissen als Kalibrationssignal für die Identifikation von hadronischen Tau-Zerfällen dargestellt.

Einer der aussichtsreichsten Kanäle für die Suche nach supersymmetrischen Teilchen stellt die assoziierte Chargino/Neutralino Produktion dar. Der leptonische Zerfall von Chargino und Neutralino führt zu einer Detektorsignatur bestehend aus drei geladenen Leptonen und fehlender transversaler Energie. Die Suche nach diesem Prozess wurde in Endzuständen mit einem Elektron, einem hadronisch zerfallenden Tau und einem weiteren Lepton durchgeführt. In den untersuchten Daten wurden keine Abweichungen vom erwarteten Untergrund aus Standardmodellprozessen gefunden. In Kombination mit weiteren leptonischen Endzuständen wurde ein oberer Grenzwert auf das Produkt von Wirkungsquerschnitt und Verzweigungsverhältnis als Funktion der Chargino-Masse extrahiert, welches den erlaubten SUSY Parameterraum jenseits der bereits existierenden Grenzen von LEP II und Tevatron Run I einschränkt.

Das Minimal Supersymmetrische Standardmodell (MSSM) benötigt mindestens zwei komplexe Higgs-Dupletts, was zu einem erweiterten Standardmodell Higgs-Sektor bestehend aus drei neutralen und zwei geladen Higgs-Bosonen führt. Die Kopplung zwischen neutralen Higgs-Bosonen und down-artigen Quarks und Leptonen ist abhängig vom SUSY Parameter tan beta, und führt bei hohen Werten von tan beta zu einem wesentlich vergrößerten Produktionswirkungsquerschnitt im Vergleich zum Standardmodell Higgs-Boson. Der Zerfall des Higgs in zwei Taus kann in einen Endzustand bestehend aus Elektron, hadronischem Tau-Zerfall und fehlender transversaler Energie führen. Eine Ereignisselektion für diesen Endzustand wurde entwickelt, und das Ergebnis wurde mit den Ergebnissen weiterer möglicher Endzustände kombiniert. In den untersuchten Daten wurden keine Abweichungen von Standardmodellprozessen gefunden, und eine obere Schranke auf das Produkt von Wirkungsquerschnitt und Verzweigunsverhältnis wurde extrahiert. Die Resultate wurden in einem weiteren Schritt mit den Resultaten der D0 Suche nach assoziierten Higgs-Produktion mit b-Quarks und Zerfall des Higgs in bb(quer) kombiniert. Das Endergebnis stellt den momentan besten Grenzwert auf die Produktion von neutralen MSSM Higgs-Bosonen an Hadron-Maschinen dar.


Kurzfassung in Englisch

A search for new physics beyond the Standard Model as predicted by supersymmetric models has been performed in final states with an electron, a hadronically decaying tau and missing transverse energy. The search has been performed in two analyses, which cover a complementary supersymmetric parameter space: the first analysis searches for the direct production of supersymmetric particles and probes small values of tan beta, while the second one searches for neutral Higgs bosons in an extended Higgs sector, focussing on the high tan beta parameter space. The dataset analyzed has been collected with the DO detector at the Tevatron proton-antiproton collider (Fermilab, USA) at a center-of-mass energy of 1.96 TeV from April 2002 to July 2004 and corresponds to an integrated luminosity of 327 inverse picobarn.

A final state consisting of an electron and a hadronic tau decay is challenging in a hadron collider environment due to large background contributions from QCD jet production and Z/gamma* -> e+e processes. In a first step, selection criteria have been developed to suppress these large backgrounds and to establish the Z/gamma^* -> tau+tau signal as a reference.

A promising source for supersymmetric particles at the Tevatron is the associated production of the lightest chargino and the second-lightest neutralino. The leptonic decay of these particles leads to a detector signature with three charged leptons and large missing transverse energy. A search for this process has been performed in final states with an electron, a hadronically decaying tau and a third lepton. No evidence for the production of supersymmetric particles has been found, and in combination with the results from various leptonic final states an upper limit on the product of cross section times branching ratio has been set as a function of the chargino mass. The results constrain the SUSY parameter space beyond the existing LEP II and Tevatron Run I limits.

The Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM) requires two complex Higgs doublets, leading to an enhanced Standard Model Higgs sector with three neutral and a pair of charged Higgs bosons. At large values of tan beta, the coupling of the neutral Higgs bosons to down type quarks and leptons is strongly enhanced, leading to sizeable production cross sections. The decay into a tau pair can lead to a final state with an electron, a hadronically decaying tau and considerable missing transverse energy. A signal selection for this final state has been developed, and the results were combined with further analyses. No excess compared to the expectations from Standard Model processes has been found, and limits on the production cross section times branching ratio have been set. The results have also been combined with those obtained from the DO search for the associated production of neutral Higgs bosons with b quarks and subsequent decay of the Higgs boson into b+b(bar). The combined result represents the most stringent limit on the production of neutral MSSM Higgs bosons at hadron colliders at present.


SWD-Schlagwörter: Elementarteilchenphysik , Supersymmetrisches Teilchen , Higgs-Teilchen , Higgs-Mechanismus , Hochenergiephysik , Tevatron
Freie Schlagwörter (deutsch): DZero , D0 , Tau
Freie Schlagwörter (englisch): DZero , D0 , Tau
Institut: Physikalisches Institut
Fakultät: Fakultät für Mathematik und Physik
DDC-Sachgruppe: Physik
Dokumentart: Dissertation
Erstgutachter: Jakobs, Karl (Prof. Dr.)
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 17.07.2006
Erstellungsjahr: 2006
Publikationsdatum: 04.10.2006
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