Das ZEUS-Experimentam HERA-Beschleuniger

Das ZEUS-ExperimentElektron-Proton-Streuung bei hohen Energien

ZEUS-KOLLABORATION• ca. 350 Physikern von 57 Instituten in 15 Ländern • Schwerpunkte: Erforschung der Struktur der Protons , Suche nach Physik jenseits des Standard-Modells.• bisher 147 wissenschaftliche Veröffentlichungen.

ZEUS-Gruppe, Institut für Experimentalphysik, Universität HamburgV. Adler, I. Bloch, P. Buhmann, R. Feller, J. Fourletova, D. Gladkov, T. Gosau, O. Gutsche, U. Holm, C. Horn, B. Kahle, R. Klanner, C. Nguyen, E. Nuncio-Quiroz, U. Pein, H. Prause, A. Raval, R. Santamarta, P. Schleper, T. Schörner-Sadenius, T. Theedt, K. Wichmann, K. Wick

GLUONDICHTE UND S• Messung der Strukturfunktionen Extraktion der

Partonverteilungsfunktionen (PDFs, Bild rechts) . • Speziell Gluondichte bei hohen Impulsanteilen x>0.2 praktisch unbekannt (wichtig für LHC!). • genaue Messungen des QCD-Kopplungsparameters S; letztes ZEUS-Ergebnis aus Jet-Ereignissen:

VORAUSSETZUNG FÜR LHC• LHC benötigt genaue Kenntnis des Protons für Messung von Prozessen des Standard-Modells. • Standard-Modell: wichtiger Untergrund für Entdeckung neuer Physik genaue Kenntnis des Protons wichtig (Higgs, SUSY, etc.)

Mikrovertex-Detektor MVD Silizium-Technologie im Dienste der Physik

Fortschritt in der QCD - Lernen für LHCDie Struktur des Protons

Beauty- und Charm-Physik QCD-Studien mit schweren Quarks

BEAUTY-PRODUKTION UND MVD• Rechts oben: Transversalimpulses von Muonen aus semileptonischen beauty-Zerfällen relativ zu `ihren’ Jets, gemessen ohne MVD (siehe weiter unten). Der beauty-Anteil kann mithilfe der Simulation separiert werden. • b-Anteil in den Daten: 16%. • Rechts unten: Abstand des Muons vom Vertex der Elektron-Proton- Kollision, gemessen mithilfe des MVD; der Anteil leichter Quarks wurde dabei subtrahiert.• nahe Zukunft: deutliche Verbesserungen vieler b-Quark-Messungen.

ZEUS-DETEKTOR BEI HERA• ein 4-Vielzweckmeßgerät • Uran-Kalorimeter mit hoher Energieauflösung ((E)/E=0.18/E für Elektronen)• guter Rekonstruktion geladener Spuren. ((pT)/pT=0.0058pT 0.00650.0014/pT) • ca. 3600 t, Abmessungen 10*10*12 m3.

Exotische Physik… und Suche nach neuer Physik

Die Suche nach bisher unbeobachteten Prozessen des Standard-Modells und nach Prozessen, die nicht im Rahmen des Standard-Modells vorhergesagt werden, nimmt einen wichtigen Platz ein. Besonders ist hier die Suche nach Supersymmetrie zu erwähnen.

SUCHE NACH ISOLIERTEN LEPTONEN• im Standard-Modell vorhergesagt; • Suche ergibt 2 Tau-Kandidaten (SM-Erwartung 0.2)• beobachtete Häufung könnte Hinweis auf Produktion EINZELNER TOP-QUARKS oder SUPER- SYMMETRIE sein (siehe Event-Display links). • Abbildung rechts: Limits auf die Kopplungen des Top-Quarks an Photon und Z-Boson.

SUCHE NACH SUPERSYMMETRIE• SUSY ist plausibelsten Erweiterung des Standard-Modells• SUSY-Analysen nehmen bei ZEUS wichtigen Platz ein; bereits weite Bereiche des Phasenraums ausgeschlossen.• Ergebnisse zu weiteren spezifischen Suchkanälen sind in Vorbereitung.

Der MVD dient dem Nachweis sekundärer Zerfallsvertizes langlebiger Teilchen, vor allem solcher mit beauty- und auch charm-Quarks. Durch die sehr Präzise Messung dieser Vertizes (Grössenordnung 20 m) versetzt er das Experiment in die Lage, QCD-Studien und die Suche nach neuer Physik mit vorher ungekannter Genauigkeit zu betreiben. Der MVD wurde in maßgeblich von der ZEUS-Gruppe der UHH mitentwickelt, getestet und in Betrieb genommen.

C5-ZÄHLER• kleiner Szintillator am rückwärtigen Strahlrohr, • mißt HERA-Strahlungsniveau (Schutz von MVD und zentraler Spurkammer). • War unverzichtbar für Lösung der Untergrundprobleme bei HERA bis zum Frühjahr 2004.

ZEUS-GRUPPE DER UHH• 3 Professoren, 3 Post-Docs, 4 Techniker/Ingenieuren• 13 Doktoranden/Diplomanden, große Nachfrage der Studenten.

STRUKTUR DES PROTONS: F2 und FL• Struktur des Protons: sehr präzise Messungen der Strukturfunktion F2 (Abbildung links), erste Messungen der paritätsverletzenden Strukturfunktion FL. • Klarer Nachweis von `scaling violations’ bei F2.• Gute Beschreibung der Daten durch NLO-QCD-Rechnungen

CHARMING und BEAUTIFUL • Ereignissen mit schweren Quarks (charm, beauty) erlauben spezifische QCD-Tests. • Frühere Probleme in der Beschreibung von beauty- Messungen durch neue Ergebnisse überwunden (Abbildung links: Vergleich von b-Quarks-Prozessen mit derzeit bester theoretischer Vorhersage. Messungen im wesentlichen mit Vorhersage kompatibel.)

6-METER-TAGGER• Szintillations-Detektor, der bei Luminositätsmessung hilft.• Durch Wasserschaden zerstört; von Mitarbeiter dieser Gruppe wieder aufgebaut. • Derzeit Integration des Taggers in den ZEUS-Trigger.

SILIZIUM-TECHNOLOGIE• MVD: Silizium-Mikrostreifendetektor, der die• Ausnutzung der Halbleiter-Eigenschaft des Siliziums: Durchgehende Teilchen erzeugen Elektron-Loch-Paare erzeugen, die getrennt und als Spannungspuls nachgewiesen werden. • Strukturierte Oberfläche erlaubt die Ortsbe- stimmung mit bis zu 20m Genauigkeit. • Bild links: Silizium-Modul des VD mit integrierter Front-End-Elektronik

MVD: STRAHLENBELASTUNG UND RADMON-SYSTEM• MVD reagiert sensibel auf deponierte Strahlung. • Daher Enwicklung eines Strahlungsmess- System s(RadMon): Messung der momentanen und der integrierte Dosis. • hohe Dosisbelastung Alarm; HERA kann durch Änderung der Strahlführung reagieren.• Rechts: Blick auf eine Hälfte des MVD vor der Installation im Experiment.

URAN-KALORIMETER UCAL• zentrale Detektorkomponente von ZEUS• Messung der Energie von Teilchen (gestreutes Leptons!). • Betreuung wieder unter der Verantwortung der Gruppe.

ZEUS-BETRIEB C5-Counter, 6m-Tagger, UCAL

S(MZ)=0.1176±0.0009(stat.)±0.002(syst.)±0.008(theo.).

PENTAQUARKS (PQ)• hadronischen Zuständen aus fünf Quarks. • ZEUS-Messung von PQs mit s-Quarks im Kanal K0

sp.• Massenpeak bei ca. 1520 MeV (Plot rechts). • Suche nach Pentaquarks mit charm-Gehalt läuft; aufgrund geringer Statistik Messung deutlich schwieriger.