ZZ Produktion beim ATLAS-Experiment - Wirkungsquer

ZZ Produktion beim ATLAS-Experiment - Wirkungsquerschnittsmessung und Suche nach anormalen Kopplungen
Maurice Becker
Institut für Physik - Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Das bisher erfolgreichste Modell zur Beschreibung des Aufbaus der Materie stellt bisher das Standardmodell der Teilchenphysik dar. In dem Modell ist die Materie aus drei
Generationen von Fermionen aufgebaut, welche durch Austausch von Eichbosonen miteinander wechselwirken können. Die Eichbosonen, die die schwache Kraft vermitteln,
sind die Z- und W-Bosonen, wobei das Z-Boson elektrisch neutral ist und das W-Boson
negativ oder positiv auftreten kann. Ein Beispiel der schwachen Wechselwirkung ist der
β-Zerfall. Es ist aber auch möglich, diese Teilchen direkt zu erzeugen. Dazu benötigt
es sehr hohe Energien, wie sie am LHC unter Laborbedingungen auftreten. So werden
am ATLAS-Detektor in Genf (Schweiz) beschleunigte Protonen des LHCs zur Kollision
gebracht. Bei den hohen Energien sind es dann nicht mehr die Protonen, die miteinander
Wechselwirken, sondern die Quarks, die Bestandteile der Protonen. Ein Prozess der mit
sehr niedriger Rate auftreten kann, ist die direkte Produktion von einem Z-Boson Paar.
Da nicht nur die direkte Produktion, sondern auch die Produktion über ein Higgs Boson,
welches in zwei Z-Bosonen zerfällt, möglich ist, stellt die direkte Z-Paarproduktion den
dominanten Untergrund für die Untersuchung des Higgszerfalls in zwei Z-Bosonen dar
und ein genaues Verständnis ist von Nöten.
Zusätzlich bietet die Z-Paarproduktion eine Möglichkeit um nach Kopplungen von drei
Z-Bosonen aneinander zu suchen, welche im Standardmodell verboten sind. Eine Abweichung zwischen der Standardmodellerwartung und den aufgenommenen Daten des
ATLAS-Experiments wären ein direkter Hinweis auf Physik jenseits des Standardmodells.
In diesem Vortrag wird eine Messung des Gesamtwirkungsquerschnitts der ZZ-Produktion,
in dem Zerfallskanal nach 4 Elektronen (Positronen) oder (Anti-)Myonen, vorgestellt.
Die verwendeten 3.2 fb− 1 Daten für diese Messung wurden im Jahre 2015 bei dem
√
ATLAS Experiment aufgenommen mit einer Schwerpunktsenergie von s = 13 TeV.
Die Untersuchung des Zerfallskanals in 4 Leptonen ist dabei nicht der Prozess mit dem
höchsten Wirkungsquerschnitt, aber wegen der klaren Signatur von Elektronen (Positronen) und (Anti-)Myonen ein sehr reiner Prozess mit Untergrunderwartungen im wenigen
Prozentbereich. Es wird dargestellt wie man von der Selektion von Ereignissen zu der
Bestimmung des Wirkungsquerschnitttes kommt. Der Schwerpunkt wird dabei auf die
Bestimmung des Untergrundes durch fehl-identifizierte Leptonen gelegt.
Da die Anzahl an selektierten ZZ-Ereignissen aus dem Jahre 2015 sehr begrenzt ist wird
durch Hinzunahme von Daten aus dem Jahr 2016 vorgestellt wie man Wirkungsquerschnitte in differentieller Form, in Abhängigkeit einer kinematischen Variable, bestimmt.
Außerdem wird gezeigt wie man mit diesen Daten nach anormalen Kopplungen sucht
und Ausschlussgrenzen bestimmt.