::: Carsten Magass ::: 22. August 2005 ::: Bad Honnef ::: Suche nach neuen schweren geladenen Eichbosonen mit dem DØ - Detektor Carsten Magass III. Physikalisches

::: Carsten Magass ::: 22. August 2005 ::: Bad Honnef :::

Suche nach neuen schweren Suche nach neuen schweren geladenen Eichbosonen mit dem geladenen Eichbosonen mit dem

DØ - DetektorDØ - Detektor

Carsten MagassCarsten Magass

III. Physikalisches Institut AIII. Physikalisches Institut ARWTH AachenRWTH Aachen

Exzellenzzentrum für Teilchenphysik

Betreuer : Prof. Dr. Thomas HebbekerBetreuer : Prof. Dr. Thomas Hebbeker


ÜbersichtÜbersicht

• Motivation / TheorieMotivation / Theorie

• Tevatron und DØ – Detektor Tevatron und DØ – Detektor

• Monte Carlo StudieMonte Carlo Studie

• Elektronidentifikation und EreignisselektionElektronidentifikation und Ereignisselektion

• QCD UntergrundQCD Untergrund

• Erste ErgebnisseErste Ergebnisse

• AusblickAusblick

pp


Vielzahl an theoretischen Modellen . . .Vielzahl an theoretischen Modellen . . .

. . . für Physik außerhalb des Standardmodells und auchaußerhalb von SUSY

R. Mohapatra, „Unification and Supersymmetry“, Kap. 6. – 8.

eW Eigenschaften dieses Kanals : • ‚sauberer´ Endzustand – trotz des Neutrinos (keine Jets)• Elektronen sind isoliert, besitzen hohe Transversalimpulse

Suche nach neuen schweren, geladenen Eichbosonen :


Schwere EichbosonenSchwere Eichbosonen

Werden von vielen Erweiterungen des SM vorausgesagt

...,),10(),5( 6ESOSUParameter :• Masse, Breite

Zusätzlich :• Mischung (Massenzustände Gruppenzustände)• neue Fermion – Boson – Kopplungen• neue CKM – Matrix

g

U

Zerfall in3. Quarkfamilie

Sinnvolle Annahmen um Anzahl von Parametern zu reduzieren

, ,

WW

WWW

WW

WWW

m

mGeVm

m

mGeVm

3

4:200

:200

SMgg SMUU

Breite ~ Masse

0


Tevatron am FermilabTevatron am Fermilab

Main Injector &“Recycler”

Umfang ~ 3.2 km

TevatronUmfang ~ 6.4 km

Chicago

p

p

p p

1.96 TeV

CDF

DØ


DØ – DetektorDØ – Detektor

2tanln

~ 2 Tesla

Toroid


DØ – DetektorDØ – Detektor

Lichtleiter aus dem CFT VLPC Cryo – Cassette (~10 K)

Szintillatoren + Photomultiplier - HV - Signal - LED (Kalibration)


DØ - KalorimeterDØ - Kalorimeter

Endcap Calorimeter (EC) 05.1η

06.38

Central Calorimeter (CC)

Projektive Tower

HadronischesKalorimeter

Elektro-magnetischesKalorimeter

Kryostat (78 Kelvin) :Flüssiges Argon + Uranabsorber

4 Lagen im CC EM

Segmentation :

cm2506.20 Xd

1.064/2

1.0

Energieauflösung :E (E = 200 GeV) = 9 GeV ~ 4% für E > 200 GeV

2tanln


W´W´ e e Monte Carlo Studie (I) Monte Carlo Studie (I)

W´ ???

pbBR 2102~ 2 Zunehmende MasseZunehmende Masse Wirkungsquerschnitt fällt drastischWirkungsquerschnitt fällt drastisch Verteilung der transversalen Masse ist flach über großen BereichVerteilung der transversalen Masse ist flach über großen Bereich Verschmierung des Jacobi – Peaks (Verschmierung des Jacobi – Peaks ( nicht erkennbar) nicht erkennbar)

),(cos12 METelEEm TelTT

PYTHIA


W´W´ e e Monte Carlo Studie (II) Monte Carlo Studie (II)

Darstellung der Energiedeposition des Elektronschauers im Kalorimeterin Abhängigkeit von der Transversalenergie des Elektrons

Mittelwerte


W´W´ e e Monte Carlo Studie (III) Monte Carlo Studie (III)

Globale Schauervariable : 2 - Fit ans Schauerprofil

Fortpflanzung der Energieabhängigkeit in Rekonstruktionsvariable !

Mittelwerte


Elektronidentifikation (I)Elektronidentifikation (I)

(1) Kalorimeter

• hoher Anteil der Schauerenergie in dem EM Lagen

• isolierter Schauer

• Schauer ‚elektronartig‘ (2 - Fit ans Schauerprofil)

%904.0

4.0 tot

EM

E

Eemf

15.02.0

2.04.0

EM

EMtot

E

EEiso

(2) Spurdetektor

GeV

p

p

p T

T

T

002.0 GeVGeVEECAL

GeVGeVppTR

elel

TT

9200:

80200:

Idee: Nutze den Spurdetektor, aber ohne E/p !

42 10P

22

2

z

z2

/

1/

TpE

TpE

nächste Folie


Elektronidentifikation (II) Elektronidentifikation (II)

Schnitt auf Schauervariable ist energieabhängig :

TE 02.0202HMx7

Rekonstruktionseffizienz für Elektronen energieunabhängig


Rp trackT R

Elektronidentifikation (III)Elektronidentifikation (III)

R Treffer imSpurdetektor

„Anwesenheitskontrolle“ im Spurdetektor

Präzisionsmessung der Energie im Kalorimeter

Kalo

rim

ete

r

Kalo

rim

ete

r

Auflösung in Auflösung in :: ~ 5 mrad~ 5 mrad


EreignisselektionEreignisselektion

1363 pbLint

(August 2002 – August 2004)

• Elektrontrigger soll gefeuert haben• Primärvertexposition |zvtx| < 60 cm

• mind. 1 Elektronkandidat (Kalorimeter und Spurdetektor)• Central Calorimeter : |det| < 1.05• ET > 30 GeV• aus Primärvertex |zvtx - ze| < 1 cm

• Elektron

• Neutrino

• fehlende transversale Energie MET > 30 GeV

• Ereignis ausbalanciert : 0.4 < ET / MET < 2

zp p

z ~ 38 cm


QCD Untergrund : , QCD Untergrund : , qqqq ggqq

Monte Carlos beschreiben QCD unzureichend Extrahiere den QCD Untergrund aus den Daten

Methode :

Selektiere aus Daten Objekte, die Elektronidentifikation erfüllen, aber mit invertiertem Schnitt auf das Schauerprofil 2

Subtrahiere Verteilung der ‚echten‘ Elektronen, die hohes 2 besitzen (SM MC)

Skaliere die so erhaltene Verteilung an die Daten

Aber : elektromagnetischer Schauer aus Aber : elektromagnetischer Schauer aus 00

fluktuiert stark in Breite und Tiefefluktuiert stark in Breite und Tiefe „„fake“-fake“-ElektronElektron

mit „fake“-Elektronen angereicherter Datensatz


QCD Skalierung (Vorselektion)QCD Skalierung (Vorselektion)



EM Cal EM Cal

HAD Cal HAD Cal

QCD im DetektorQCD im Detektor

02

~ 1 GeV


Vergleich: Daten <-> Monte Carlo (I)Vergleich: Daten <-> Monte Carlo (I)


mT > Summe SM Daten

150 GeV

397.1 ± 12.5

323

250 GeV

39.7 ± 1.6

37

350 GeV

7.0 ± 0.3 6


Vergleich: Daten <-> Monte Carlo (II)Vergleich: Daten <-> Monte Carlo (II)

Gute Übereinstimmung zwischen Datenund SM Monte Carlo Vorhersage !


Statistische Interpretation :Statistische Interpretation : „Binned Likelihood“ „Binned Likelihood“

Limit wird auf einen Quotienten angegeben :

intrecoXTrigX

XX LA

NB

,

W

WWTrigW

WTrigW

W

W NNA

A

B

B

',

,

N

i i

ni

iWAA

n

ebdNdd

NP

ii

W

W

1000 !

1)( '

),(),()(,

','

,

','

, WTrigW

WTrigW

WTrigW

WTrigW

A

A

A

A

WWii GNNGbbG

Poisson Statistik * Gaussische Fluktuation

ii

Wi bN

Normierung

Signal + Untergrund Ereignisse im Bin i

dP95.0

0

)(95.0Limit :

A : Geometrische Akzeptanz


LimitLimit

Vorläufiges Resultatdieser Analyse :mW‘ > 965 GeV @ 95% CL

Run I :mW‘ > 786 GeV @ 95% CL


Kandidat Kandidat

cmzz

cmz

evtx

vtx

04.0||

31.38

GeVmT 530

GeVE

GeVEelT

T

265

265

METMET


Zusammenfassung und AusblickZusammenfassung und Ausblick

W´

Erweiterung auf den vollen Run IIa Datensatz (08/2002 – 10/2005, ~ 1 fb-1) im neuen Datenformat Publikation Strategie für die Suche mit dem

CMS Detektor am LHC

Vorstellung der Suche nach W‘ Produktion am Tevatron mit dem DØ Detektor - Monte Carlo Studie - Elektronidentifikation und Ereignisselektion - Behandlung des QCD – Untergrundes - Statistische Methode Vorläufiges Resultat übertrifft Run I Limits


Ausblick : LuminositätAusblick : Luminosität

Shutdown

Effizienz : ~ 85 – 95 %

1 fb-1TeV

DØ


Ausblick : Run IIbAusblick : Run IIb Detektor - Upgrade Detektor - Upgrade Shutdown Shutdown (~ 31. Okt. 2005, 14 Wochen)(~ 31. Okt. 2005, 14 Wochen)

- Trigger UpgradeNeu : L1CAL, L1CALTRK Erweitert : L1CTT, L2STT, Lumi, L3/DAQ

- Layer 0 (Silicon)

Herausforderungen : Aus-/Wiedereinbau der Beampipe vollst. Demontage des alten L1CAL viele Arbeiten gleichzeitig sehr enger Zeitrahmen

Bs Mixing Sensitivity

blue : w/o Layer 0green : w/ Layer 0

dashed : no extra ratesolid : 50 Hz B physics only

Zeitauflösung : ~ 150 fs ~ 75 fs


BackupBackup


SolenoidDØ – DetektorDØ – Detektor

Szintillatoren des Myonsystems

SMT

CFT


VLPCVLPC

Visible Light Photon Counter

• quantum efficiency ~70 %• gain ~ 20000• rate capability > 10 MHz• noise < 0.1% @ full efficiency• manufactured in arrays of 8 circular pixels, each ø 1 mm• bias voltage 6.5 – 7.5 V• temperature 6.5 – 14 K crygenetic environment „cassettes“ with 128 arrays


²- Fit ans Schauerprofil²- Fit ans Schauerprofil

N

nj

nji

niij xxxx

NM

1

1

(1) Kovarianz – Matrix :

N : Anzahl der Referenzelektronenxi, xj : Variable (i,j = 1, ..., 7)

Geometrie 37 Matrizen

(3) Maß für Übereinstimmung zwischen einem realen EM Objekt und MC

MC Elektronen mit 10 GeV < E < 150 GeV

xxRxxRT

HMx

12

7

(2) Diagonalisierung vom M :

R : Matrix aus Eigenvektoren : Jordan‘sche Normalform (Matrix aus Eigenwerten)

1 RRM

TRRM M real, symm.


Jacobi - VerteilungJacobi - Verteilung

TT

am

T dmm

dke

md

dT

22

TamT

T

kemdm

d 2

TamT

TT

keamdm

dMAX

dm

d

2100

2

2!

aMmT

1

MmT

T

Tkemdm

d /2

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