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Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:bsz:25-opus-77864
URL: http://www.freidok.uni-freiburg.de/volltexte/7786/


Lumb, Debra

Investigation of the discovery potential for supersymmetry in Tau final states and measurement of the Tau identification efficiency for the ATLAS experiment

Untersuchung des Entdeckungspotentials für Supersymmetrie in Tau-Lepton Endzuständen und Messung der Tau-Lepton Identifizierungseffizienz am ATLAS Experiment

Dokument1.pdf (8.786 KB) (md5sum: 47bd1e63ba3bc7b197379b547e919a90)

Kurzfassung in Englisch

Despite its success, the Standard Model has a number of short-comings that lead particle physicists to believe the it is only a low-energy approximation of a more fundamental theory. One of the most promising candidates for an extension of the Standard Model is supersymmetry. From 2009 the search for Supersymmetry will be taken into a new energy regime with the Large Hadron Collider (LHC) experiments at CERN. A new inclusive search for SUSY in tau final states has been developed for the ATLAS experiment. The search focuses on the signature of taus, jets and missing transverse energy. Analyses with different jet multiplicities (4, 3 and 2-jets) have been studied. The requirement of the tau significantly reduces the abundant QCD multijet background making the mode potentially more robust than other modes already in use that focus only on jets and missing transverse energy as the signature.

The discovery reach for R-parity conserving mSUGRA models has been studied for a centre-of-mass energy of 14 TeV and an integrated luminosity of 1fb-1. It has been shown that this tau mode is competitive with other inclusive search modes used by the ATLAS Collaboration, particularly for regions of the SUSY parameter space with high tan ß; where tau decays are enhanced. It has been shown that models with high tan ß and squark and gluino masses less than O(1 TeV) are within the discovery reach.

Tau leptons will play an important role in the physics expected at the LHC both in Standard Model and beyond the Standard Model processes. However, due to their prompt decay, taus are challenging objects to identify, but the excellent tracking and calorimetry of the ATLAS detector should allow for efficient identification and reconstruction of hadronically decaying taus. The validation of the ATLAS tau identification will be important in early data. A new method for determining the tau identification efficiency using ttbar decays, which will be abundant at the LHC, has been developed. The method isolates the semileptonically decaying ttbar events by requiring high missing transverse energy, a number of high energy jets and by reconstructing the mass of the hadronically decaying t-quark. As a result, this method does not suffer from a large background from QCD multijet events and it does not require tau triggering. It also does not rely on b-tagging to reconstruct the top quark mass and is thus a suitable method for early data. The method has been tested using pseudo-data with reduced tau identification efficiencies and good agreement was found between the measured tau identification efficiencies and those expected. The statistical and systematic uncertainties on the tau identification efficiency measurement have been shown to be ±11% (±16%) and ±19% (±19%) respectively for taus with pT > 20 GeV (pT > 40 GeV) assuming an integrated luminosity of 1 fb-1 for a centre-of-mass energy of 14 TeV.

Measurement of the tau identification efficiency in an early data taking phase with a centre-of-mass energy of 10 TeV using the new method has also been investigated. Despite this being a more challenging environment, it has been shown that the method for measuring the tau identification efficiency using ttbar events is able to correctly measure the tau identification efficiency for a centre of mass energy of 10 TeV and 200 pb-1 of integrated luminosity. The method is therefore a promising method for the 10 TeV data taking phase of the ATLAS experiment. The statistical and systematic uncertainties on the tau identification efficiency measurement have been shown to be ±28% and ±22% respectively in a worst case scenario where the systematic uncertainty on the SM background is 50%. For a systematic uncertainty of 30% the systematic uncertainty on the tau identification efficiency measurement is ±17%. The method appears to be a potentially promising method for measuring the tau identification efficiency in early data.


Kurzfassung in Deutsch

Einer der aussichtsreichsten Kandidaten für eine Erweiterung des Standard Modells der Materie ist die sogenannte Supersymmtrie (SUSY). Die Suche nach Supersymmetrie wird mit dem Large Hadron Collider in einen bisher unereichten Energiebereich vorangetrieben. In dieser Arbeit wurde eine neue inklusive Suche nach SUSY in Endzuständen mit Tau Leptonen fuer das ATLAS Experiment entwickelt.

Verschiedene Jetmultiplizitäten wurden dabei studiert. Das Entdeckungspotential fuer R-Parität verletzende mSUGRA Modelle wurde für eine Schwerpunktsenergie von 14 TeV bestimmt. Das Entdeckungspotential von Endzuständen mit Tau Leptonen war vergleichbar (aber komplementär) zu den bisher durchgeführten Suchen in anderen Endzuständen. Dies trifft im Besonderen dann zu, wenn die Produktion von tau Leptonen erhöht ist wie in vielen SUSY Modellen, speziell bei hohem tan beta.

Aufgrund des direkten Zerfalls ist die Rekonstruktion von Tau Leptonen im ATLAS Detektor schwierig. Die Validierung der Rekonstruktionseffizienz wird ein wichtiger Punkt sein, speziell in der frühen Datennahme. In dieser Arbeit wurde eine neue Methode zur Bestimmung der tau Effizienz in Ereignissen der Toppaarproduktion entwickelt. Es konnte gezeigt werden, dass semileptonisch zerfallende Top Ereignisse effizient durch Jets, fehlenden Transversalimpuls und die Rekonstruktion der Top Masse, selektiert werden konnten. Die Messung dieser Ereignisse erlaubt durch den Verleich mit einer ähnlichen Selektion im semileptonischen Zerfall mit Elektronen oder Muonen eine Messung der Identifikationseffizienz des Tau Leptons.

Die Methode zur Messung der Tau Rekonstruktionseffizienz wurde auch für eine Schwerpunktsenergie von 10 TeV angewannt. Obwohl dieses Szenario eine Herausforderung darstellt, konnte gezeigt werden, dass die Messung der Tau Identifikationseffizienz für eine Schwerpunktsenergie von 10 TeV bei einer integrierten Luminosität von 200 pb-1 durchführbar ist.


SWD-Schlagwörter: Supersymmetrie , Tauon , LHC , ATLAS <Teilchendetektor> , Effizienzmessung
Freie Schlagwörter (englisch): Supersymmetry , Identification efficiency , Inclusive search
PACS Klassifikation 11.30.Pb , 12.60.Jv , 14.60.Fg
Institut: Physikalisches Institut
Fakultät: Fakultät für Mathematik und Physik
DDC-Sachgruppe: Physik
Dokumentart: Dissertation
Erstgutachter: Herten, Gregor (Prof. Dr.)
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 16.09.2010
Erstellungsjahr: 2010
Publikationsdatum: 02.12.2010
Bemerkung: Parts of this work have been published. The work included in Chapter 6 was published in: The ATLAS Collaboration. Expected Performance of the ATLAS Experiment - Detector, Trigger and Physics: Prospects for Supersymmetry Discovery Based on Inclusive Searches, arXiv:hep-ex/0901.0512, 2008. The work for chapters 7 and 8 was published internally within the ATLAS collaboration in: D. Lumb S. Caron and X. Portell Bueso. Measuring Tau Identification Efficiency With ttbar Events, ATL-PHYS-INT-2009-058, 2009. D. Lumb S. Caron and X. Portell Bueso. Prospects for the Semileptonic Top Decay to a Tau Lepton and the Measurement of Tau Identification Efficiency, ATL-PHYS-INT-2010-070, 2010. respectively.
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