(Tevatron und LHC) 8. Januar 2008 Richard Nisius

Teilchenphysik mit höchstenergetischen
Beschleunigern (Tevatron und LHC)
V11: Top-Quark Physik
8. Januar 2008
Richard Nisius (MPP München)
[email protected]
TU München, WS 07/08, S. Bethke und R. Nisius
Übersicht
Einführung
WQS
Lebensdauer
Verzweigungsverhältnis
Masse
Zukunft
Zusammenfassung
Vorlesungsthemen
S. Bethke, R. Nisius
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
Einführung: Stand der Teilchenphysik
Teilchenphysik: offene Fragen und Projekte
Hadronenbeschleuniger: Tevatron und LHC
Teilchendetektoren an Tevatron und LHC (I)
Teilchendetektoren an Tevatron und LHC (II)
Trigger, Datennahme und Computing
Ereignisgeneratoren und Detektor Simulation
CP-Verletzung
QCD, Jets, Strukturfunktionen
Standard Modell Tests
16.10.07
23.10.07
30.10.07
06.11.07
13.11.07
20.11.07
27.11.07
04.12.07
11.12.07
18.12.07
11.
12.
13.
14.
15.
...
Top-Quark Physik
Suche nach dem Higgs-Boson
Supersymmetrie
Ausblick & Zukunftsprojekte
Andere Erweiterungen des Standard Modells
08.01.08
15.01.08
22.01.08
29.01.08
05.02.08
WS 07/08
V11
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2
Übersicht
Einführung
WQS
Lebensdauer
Verzweigungsverhältnis
Masse
Zukunft
Zusammenfassung
Das Top-Quark im Standardmodell
Bekannte Generationen
Situation vor der Entdeckung
e
Einschränkung des Higgs
80.5
q
LEP1 and SLD
LEP2 and Tevatron (prel.)
e
q
e
t
q
e
Z
mW [GeV]
68% CL
Z
80.4
80.3
q
mH [GeV]
114
300
150
∆α
1000
175
200
mt [GeV]
− Nach der Entdeckung des Bottom (1977) war im SM klar, dass es das Top geben muss.
− Da die Beschleunigerenergien zur direkten Produktion nicht ausreichten, kam die einzige
0
Information, Mt = (172.6+13.2
−10.2 ) GeV, aus der Größe der virtuellen Korrekturen zum Z .
− Mit dem präzisen Wert von heute, Mt = (170.9 ± 1.8) GeV, liefert das Top-Quark im SM
eine starke Einschränkung auf den erlaubten Massenbereich des Higgs-Bosons.
Wegen seiner großen Masse spielt das Top-Quark eine zentrale Rolle im Standardmodell.
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WS 07/08
V11
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3
Übersicht
Einführung
WQS
Lebensdauer
Verzweigungsverhältnis
Masse
Zukunft
Zusammenfassung
Eigenschaften des Top-Quarks
− Die Zerfallsbreite: Γ =
GF
√
8π 2
mt3 ·
„
1−
2
MW
mt2
«2 „
«
M2
· 1 + 2 W2 = 1.55 GeV.
mt
−16
s = 4.2 · 10−25 s ist wesentlich kleiner als die Zeit
= 6.58·10
1.55·109
−24 . Das Top-Quark zerfällt also als freies Teilchen.
≈ ~
≈
6
·
10
Λ
~
Γ
− Die Lebensdauer: τ =
zur Hadronformation t
− Am Tevatron erfolgt die t t̄ Produktion zu etwa 85% im Kanal qq̄ → Z /γ → tt̄.
− Da Vtb ≈ 1 werden die Top-Zerfälle tt̄ → W+ W− bb̄ durch die W Zerfälle klassifiziert.
Es gilt: W + → (e + νe ), (µ+ νµ ), (τ + ντ ),
Nc · (u d̄), Nc · (c s̄).
− Das sind 9 Kanäle, also 81 Möglichkeiten für
den Zerfall W+ W− → f f̄. Man benutzt
qq̄qq̄ = 6 × 6 = 36, qq̄`ν` = 6 × 4 = 24 und
`ν` `ν` = 2 × 2 = 4 mit ` = e, µ, da τ Zerfälle
in pp̄ Reaktionen schlecht zu messen sind.
− Die Bestimmung der Top-Masse ist wichtig, da
eine Genauigkeit in der Top-Masse von 1 GeV
etwa die selbe Einschränkung der Higgs-Masse
liefert wie eine Messung der W-Masse auf 7 MeV.
Die Messung von Leptonen, Jets und fehlender Transversalenergie ist wichtig.
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Übersicht
Einführung
WQS
Lebensdauer
Verzweigungsverhältnis
Masse
Zukunft
Zusammenfassung
Die verschiedenen Ereignisklassen
Di-lepton Kanäle
− tt̄ →
e
µ
W
t
b
e
µ
ν
νeµ
W
t
b
ν
νeµ
Lepton + Jets (semileptonische) Kanäle
− tt̄ →
e
µ
W
q
W
t
b
ν
νeµ
q
t
b
− Elektronen und Myonen sind leicht zu
identifiziern, aber kleine Rate. Die Analysen verlangen isolierte Leptonen + ETmiss .
Der Hauptuntergrund ist W + N-Jets.
− Klares Signal mit wenig Untergrund. Die
Analysen verlangen isoliertes Lepton +
Jets (pt > 15 − 20 GeV) + ETmiss .
Der Hauptuntergrund ist W + N-Jets.
Hadronische Kanäle
q
− tt̄ →
q
W
W
q
t
q
t
b
b
− Größte Zerfallsrate, aber riesiger Untergrund
von QCD N-Jetproduktion, deswegen größere
Unsicherheiten als Lepton + Jets Kanal.
Kanäle mit τ -Leptonen
f
τ
− tt̄ →
W
W
t
ντ
t
f
b
b
− τ - Zerfälle sind schwer zu identifizieren,
deswegen ist dieser Kanal nie Signal,
sondern Untergrund in allen Analysen.
Alle Zerfallskanäle werden im Detail untersucht.
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5
Übersicht
Einführung
WQS
Lebensdauer
Verzweigungsverhältnis
Masse
Zukunft
Zusammenfassung
Die Signatur im Di-leptonischen Kanal
Die Prinzipskizze
Der Energiefluß
Die Rekonstruktion
Der Gang der Dinge:
1) p p̄ → t t̄
2)
t → W +b
t̄ → W − b̄
3)
W + → µ+ ν̄µ
W − → e − νe
Die Entdeckung
− Tevatron p p̄ bei
√
s ≈ 1800 GeV
− Experimente CDF und D0
Das Top-Quark wurde 1995 am Fermilab entdeckt.
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6
Übersicht
Einführung
WQS
Lebensdauer
Verzweigungsverhältnis
Masse
Zukunft
Zusammenfassung
Erste Hinweise of das Top
Ein Ereignis aus dem Jahr 1992
Die Selektionskriterien
− Messung eines isolierten Leptons
zur Ereigniskennzeichnung.
− Indiz auf Neutrino durch fehlende
Transversalenergie.
− 4-Jet Ereignisse für bb̄ und W → qq 0 .
− b-Quark Hinweise aus sekundären
Zerfallspunkten.
− W-Boson aus der Resonanzstruktur
in der 2-Jet invarianten Masse.
− Top-Masse aus der Resonanzstruktur
in der 3-Jet invarianten Masse.
− Hauptuntergrund is W + N-Jets mit
nicht resonanter Massenverteilung.
− Effizienz ≈ 7% und S/N ≈ 2.4.
Eine recht klare Signatur mit beherrschbarem Untergrund.
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7
Übersicht
Einführung
WQS
Lebensdauer
Verzweigungsverhältnis
Masse
Zukunft
Zusammenfassung
Top-Quark Paar Wirkungsquerschnitt am Tevatron und LHC
Häufigkeit der Produktionskanäle
Der Wirkungsquerschnitt am LHC
fq/p
σ̂ qq̄→tt̄
fq/p
fq/p
qq̄ → tt̄: Tevatron: 85%, LHC 5%.
fg/p
σ̂ gg→tt̄
fg/p
fg/p
gg → tt̄: Tevatron: 15%, LHC 95%.
− Lint = 5 (500)/fb und σ(tt̄) = 8 (800) pb ergeben
40k (400M) Ereignisse bei Tevatron (LHC).
Die Ereignisrate der Top-Quark Paarproduktion ist sehr hoch.
S. Bethke, R. Nisius
WS 07/08
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8
Übersicht
Einführung
measurement where the pretag sample is corrected for the tt̄ contribution. The expected number of tt̄ events is calculated using
WQS cross section
Lebensdauer
Verzweigungsverhältnis
Masse
Zukunft
the theoretical
of 6.7 pb.
Zusammenfassung
double-tagging efficiency for tt̄ events is given in Table II, and the predicted background contributions to the sample
+2.0
are summarized in Table V. We measure a cross section of 8.8+1.2
−1.1 (stat.)−1.3 (syst.) pb in the double-tagged sample..
Figure 1 shows the
number
of jets in tagged W +jet events together with
a histogram representing the components
Wirkungsquerschnitt
im
semileptonischen
Kanal
of the background. Figure 2 shows the H distribution for all candidates, before the requirement of H > 200 has
T
T
been applied. Figure 3 shows the distribution of the cτ measurement for vertex-tagged jets in the candidate events.
Figure 4 shows the number of jets in double-tagged6 W +jets events.
Die selektierten Ereignisse
Mindestens 1 b-Jet
-1
CDF RUN II Preliminary(695pb )
-1
≥ 3-Jets
80
Number of Events
Events / 25 (GeV)
CDF Run II Preliminary (695 pb )
Data
t t (8.4 pb)
Non-W QCD
70
Diboson + Single Top
60
W+Heavy Flavor
Mistag
50
1200
HT >200GeV
1000
800
600
40
30
Ereignisse mit 2 b-Jets
Data
tt (8.2pb)
Non-W QCD
Diboson
Single Top
Wc
Wcc
Wbb
Mistag
N= 108
400
20
200
10
0
0
100
200
300
400
500
600
HT (GeV)
0
W+1 jet
W+2 jet
W+3 jet
W+≥ 4 jet
Jet Multiplicity
FIG. 2: HT of candidates before the
that HT >tagged
200 GeV.
jet after
FIG. 1: Observed
events as a function of jet multiplicity,
HT > 200
GeV for events events
with at as
least
jets.
` requirement
miss
FIG.requiring
4: Observed
double-tagged
a 3function
colored histogram represents the background contributions to
each bin. (The
sample has been corrected for tt̄
to pretag
each bin.
T The
T
T contributions
contribution.)
− Signal: E > 20 GeV, E
jet multiplicity. The color
> 20 GeV, E > 15 GeV. Hauptuntergrund:of W
+ N-Jets.
PET >8,|η|<2.4
`
miss
− Gute Unterscheidung durch HT = Jets
ET + ET + ET .
CDF Run II Preliminary (695 pb
)
− b-Jet Identifizierung
durch
sekundäre Zerfallspunkte mit L > 7.5 σL . Acknowledgments
thank
the Fermilab staff and
the technical
staffs
of theb-Jets.
participating ins
160 − Gefordert wird entweder H
ein
identifizierter
b-Jet,
oder
zwei
T > 200 GeV und We
This work was supported by the U.S. Department of Energy and National Sc
140 − Resultat: σ
Nazionale di Fisica Nucleare; the Ministry of Education, Culture, Sports, S
=
8.2
±
0.6(stat)
±
1.0(sys)
pb.
tt̄
Number of jets
-1
Data
t t (8.2 pb)
Non-W QCD
Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada; the Nationa
China; the Swiss National Science Foundation; the A.P. Sloan Foundation; the
Forschung,
theäziseste
Korean Science
and Engineering Foundation and t
Dies ist
die zurGermany;
Zeit pr
Messung.
Mistag mit etwa 14% Genauigkeit
Particle Physics and Astronomy Research Council and the Royal Society, U
Research; the Comision Interministerial de Ciencia y Tecnologia, Spain; and i
Human Potential Programme under contract HPRN-CT-20002, Probe for9 New
WS 07/08
V11
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Richard Nisius
Diboson + Single Top
120
100
80
S. Bethke, R. Nisius
W+Heavy Flavor
Übersicht
Einführung
WQS
Lebensdauer
Verzweigungsverhältnis
Masse
Zukunft
Zusammenfassung
Zusammenfassung aller Messungen des Wirkungsquerschnitts
Resultate von D0
Resultate von CDF
8
DØ Run II Preliminary
dilepton
230 pb
l+jets
(topological)
l+jets
350 pb
7.1
+1.2 +1.4
–1.2 –1.1
pb
8.6
+2.3 +1.2
–2.0 –1.0
pb
8.6
+1.9 +1.1
–1.7 –1.1
pb
8.1
+1.3
–1.2
5.2
+2.6 +1.5
–2.5 –1.0
pb
12.1
+4.9 +4.6
–4.9 –4.6
pb
2
Cacciari et al. JHEP 0404:068 (2004)
Assume mt=175 GeV/c
Kidonakis,Vogt PRD 68 114014 (2003)
CDF Preliminary
*
Dilepton
-1
(L= 750 pb )
8.3±1.5±1.0±0.5
Lepton+Jets: Kinematic ANN
-1
(L= 760 pb )
6.0±0.6±0.9±0.3
Lepton+Jets: Vertex Tag
-1
(L= 695 pb )
8.2±0.6±0.9±0.5
Lepton+Jets: Soft Muon Tag
-1
(L= 193 pb )
5.3±3.3 ±1.3
1.0±0.3
*
MET+Jets: Vertex Tag
-1
(L= 311 pb )
6.1±1.2 ±1.4
0.9 ±0.4
All-hadronic: Vertex Tag
-1
(L= 311 pb )
8.0±1.7 ±3.3
2.2±0.5
Combined
-1
(L= 760 pb )
7.3±0.5±0.6±0.4
*
(topological)
*
–1
pb
–1
all-jets
(b-tagged)
–1
all-jets
360 pb
pb
–1
(b-tagged)
370 pb
+1.4 +1.6
–1.3 –1.1
*
ltrack/emu combined NEW
370 pb
6.7
–1
dilepton
370 pb
pb
–1
dilepton/l+jets combined
230 pb
+3.2 +1.1
–2.7 –1.1
–1
(topological)
230 pb
8.6
(b-tagged)
NEW
–1
*
Cacciari et al. JHEP 0404:068(2004), m top = 175 GeV
0
2.5
5
7.5
10 12.5
15 17.5
*
σ (pp → tt) [pb]
(stat) ± (syst) ± (lumi)
0
− Laufende Verbesserung der Messungen
0
2
4
6
8
10
12
14
σ(pp → t t) (pb)
unter Einschluss von immer mehr Daten.
− Konsistente Messungen mit verschiedenen Methoden in allen Zerffallskanälen.
− Die präzisesten Resultate erzielt man im semileptonischen Kanal.
Der Paarwirkungsquerschnitt am Tevatron ist auf etwa 10% genau bestimmt.
S. Bethke, R. Nisius
WS 07/08
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Richard Nisius
10
Übersicht
Einführung
WQS
Lebensdauer
Verzweigungsverhältnis
Masse
Zukunft
Zusammenfassung
Bestimmung der Lebensdauer
Elektron Untergrund
Die Datenverteilung
10
-1
Tau
Conv.
QCD
Prompt
CDF Run 2 Preliminary
-2
16
14
CDF Run 2 Preliminary
-1
318 pb
data: RMS=33.4 ± 1.9 µm
best fit (RMS=41.3 µm)
12
10
8
10
6
-3
∆(-ln(likelihood))
10
Likelihood vs Zerfallslänge
Impact parameter of lepton
Events/5 µm
arbitrary units
Electron BG Template
12
CDF Run 2 Preliminary
-1
318 pb
10
8
6
4
4
2
2
-400
-200
0
200
400
Track d0 (µm)
0
-200
-100
0
100
200
d0 (µm)
0
0
10
20
30
40
50
cτtop (µm)
− Falls das Top-Quark eine längere Lebensdauer hat, oder langlebige Teilchen in Top-Quarks
zerfallen, starten die Leptonen aus dem W-Zerfall nicht vom pp̄ Wechselwirkungspunkt.
− Die Güte der Lebensdauermesung wird durch die Impaktparameterauflösung σd0 bestimmt.
− Signal: Semileptonische (97 e, 68 µ) Ereignisse mit identifizierten b-Jets für Lint = 318/pb.
− Auflösung aus den Z0 → µ+ µ− Daten, d0 Templates aus Simulationen für verschiedene cτ Werte, Anpassung von wahrscheinlichstem cτ durch Likelihood Funktion.
− Resultat: cτ < 52.2 µm, bei einer Standard Modell Erwartung von cτ ≈ 10−10 µm.
Kein Hinweis auf langlebige Top-Quarks oder neue schwere Teilchen mit Topzerfällen.
S. Bethke, R. Nisius
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Übersicht
Einführung
WQS
Lebensdauer
Verzweigungsverhältnis
Masse
Zukunft
Zusammenfassung
Das Verzweigungsverhältnis t → b im e(µ)+Jets Kanal
f
W
t
f
f
b
R=
=
f
W
t
f
q
|Vtb |2
,
|Vtb |2 +|Vts |2 +|Vtd |2
SM: 0.9980 ≤ R ≤ 0.9984 mit 90%CL.
f
− Simulation von tt̄ → W+ W− + bb̄ / bq / qq̄ Ereignissen zur Bestimmung
der (Mis)-Tag-Wahrscheinlichkeiten. Simultane Anpasung von Ntt̄ und R.
0.19
− Resultat: R = 1.02 +
− 0.17 Dies bedeutet: R > 0.61 und |Vtb | > 0.78 mit 95%CL.
Auch hier wurde keine Abweichung vom Standardmodell gefunden.
S. Bethke, R. Nisius
WS 07/08
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12
Übersicht
Einführung
WQS
Lebensdauer
Verzweigungsverhältnis
Masse
Zukunft
Zusammenfassung
Top-Quark Massenbestimmung
Generelle Überlegungen
topological likelihood fit
50
40
µ+jets
N top=28.7 + 11.2 - 10.5
N wjt=77.6 + 13.0 - 12.7
N qcd =12.7 + 2.8 - 2.6
top
wjt
qcd
− Die Top-Quark Masse ist ein wichtiger Parameter des SM.
− Es gibt Messungen in allen Kanälen: Di-Lepton = `ν` `ν` ,
Lepton + Jets = `ν` qq̄ und Hadronisch = qq̄ qq̄.
− Es gibt eine Reihe von Methoden: Template, . . . .
− Die beste Genauigkeit erzielt man mit Anpassungen in
multidimensionalen Räumen.
− In den genauesten Messungen ist die Messgenauigkeit
durch systematische Unsicherheiten limitiert.
D0 Run II Preliminary
30
20
10
0
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
topo lhood
Acceptance
CDF Run II Preliminary
0.04
Systematische Limitierung
0.03
0.02
1.2
JE 1.1
S
1
0.9
160
0.8 140
180 200
M top
S. Bethke, R. Nisius
WS 07/08
220
2
/c
(GeV
V11
)
− Der wichtigste Beitrag kommt von der Jet-Energie-Skala
(JES), die oft zusammen mit der Masse angepasst wird.
− Messungen mit verschiedenen systematichen Unsicherheiten werden als Konsistenzproben der präzisesten
Messungen verwendet.
Die Messungen werden Schritt um Schritt genauer.
8. Januar 2008
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13
Übersicht
Einführung
WQS
Lebensdauer
Verzweigungsverhältnis
Masse
Zukunft
Zusammenfassung
Top-Quark Massenbestimmung - Matrixelement Methode
Angepasste Masse
1.2 D0 Run II Preliminary
e+4-Jets
1
Angepasste JES
913pb-1
0+1+2 Tags
249 Events
2-dimensionales Resultat
JES = (1.039 ±0.024
0.024) (stat.)
(stat.) GeV
1.2 D0 Run II Preliminary
e+4-Jets
1
913pb-1
0+1+2 Tags
249 Events
Calibrated 2D Likelihood
D0 RunII Preliminary
JES
3.7
3.7)
Likelihood
Likelihood
Mtop = (169.4 ±
1.1
1.08
913pb-1
0+1+2 Tags
1.06
0.8
0.8
0.6
0.6
0.4
0.4
0.2
0.2
1.04
1.02
1
0.98
0.96
0
145 150 155 160 165 170 175 180 185 190
Reconstructed mass (GeV)
0
0.94
150 155 160 165 170 175 180 185
Mtop (GeV)
0.920.940.960.98 1 1.021.041.061.08 1.1 1.12
JES
− Selektion: Lepton + 4-Jets Ereignisse mit b-Tagging. Hauptuntergrund: W + 4-Jets.
− Die Ereigniswahrscheinlichkeit: P(~
x , mt , JES, ftt̄ ) = ftt̄ Ptt̄ (~
x , mt , JES) + (1 − ftt̄ ) Pbgd (~
x ).
− Die Signalwahrscheinlichkeit wird durch das LO Matrixelement aus PYTHIA angenähert:
R P
P
M(q1 q2 →tt̄→~
y)
Ptt̄ = σ (m1 ,JES) × jet
dΦ6 W (~
x, ~
y , JES).
perm ωi
flav dq1 dq2 fq1 /p fq2 /p̄
2q1 q2 s
t
tt̄
− Simultane Anpassung von mt und JES liefert das Resultat.
− Resultat: mt = 170.9 ± 2.4 (stat + JES) ± 1.2 (syst)
Dies ist die genaueste D0 Messung von mt .
S. Bethke, R. Nisius
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Übersicht
Einführung
WQS
Lebensdauer
Verzweigungsverhältnis
Masse
Zukunft
Zusammenfassung
Die Kombination der Massenmessungen
Mass of the Top Quark (*Preliminary)
2
Measurement
Mtop [GeV/c ]
Mass(GeV/c2)
Ein langer Weg
300
T.Dorigo 2002
Th. upper limits
Exp. measurements
CDF-I di-l
167.4 ± 11.4
D∅-I
168.4 ± 12.8
di-l
CDF-II di-l
164.5 ± 5.6
D∅-II
172.5 ± 8.0
di-l*
200
100
World average:
Mt=174.3 +- 5.1 GeV/c2
Th. estimates
with error band
Exp. lower limits
(proton colliders)
CDF-I l+j
176.1 ± 7.3
D∅-I
180.1 ± 5.3
l+j
CDF-II l+j*
170.9 ± 2.5
D∅-II
l+j*
170.5 ± 2.7
CDF-I all-j
186.0 ± 11.5
CDF-II all-j*
171.1 ± 4.3
CDF-II lxy
183.9 ± 15.8
Exp.
lower limits
(e+e- colliders)
0
1990
χ / dof = 9.2 / 10
2
1995
2000
Year
Tevatron Run-I/II*
150
Die Top-Masse ist heute auf 1.1% bekannt.
S. Bethke, R. Nisius
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170.9 ± 1.8
170
190
2
Mtop [GeV/c ]
15
Übersicht
Einführung
WQS
Lebensdauer
Verzweigungsverhältnis
Masse
Zukunft
Zusammenfassung
Single-Top Produktion - eine erste Evidenz
t-Kanal Produktion
0
q
W
Wt-Produktion
q
q
t
b
b
g
W
b
Wcc + jets
50
Events
60
L = 0.9 fb
40
tt → lep + jets
20
tt → dilepton
15
30
20
signal: tb
10
10
signal: tqb
20
40
60
80
+
+
q
1 pb
10 pb
W
b
für Tevatron
für LHC
− Ein leichter Überschuss in den Daten.
− Interpretiert als Single-Top Produktion,
mit σt /σs = 0.44, liefert:
1.6
σ(pp̄ → tb + tbq) = 4.8 +
− 1.4 .
− Die Berechnung der Wahrscheinlichkeit
einer Fluktuation des Untergrunds ohne
Signal liefert eine 3.2σ Evidenz.
30
25
Wbb + jets
W
t
Interpretation der Daten
-1
DØ Run II Preliminary
W + light jets
b
2 pb
0 pb
+
245 pb
62 pb
QCD
0
q
t
b
+

70
g
t
− Erwartung: σ(mt = 175 GeV) =
0
S-Kanal Produktion
0
q
5
DATA
0 100
150
200
250
300
b-Tagged Top Mass [GeV]
S. Bethke, R. Nisius
WS 07/08
V11
8. Januar 2008
Richard Nisius
Eine genaue Messung erst am LHC.
16
Übersicht
Einführung
WQS
Lebensdauer
Verzweigungsverhältnis
Masse
Zukunft
Zusammenfassung
Die Top-Quark Messungen am LHC
4
ATLAS Atlantis
Event name: JiveXML_5200_01392
run: 5200
event: 1392
Geometry: <default>
25 ET (GeV)
tt̄ → bb̄µνµ q 0 q̄
Veränderungen zu Tevatron
− Höhere Lint und σtt̄ .
− Weniger Untergrund aus W+N-Jets
aber mehr Untergrund durch MI.
− Bessere b-Jet Erkennung (boost).
− Feiner segmentiertes Kalorimeter.
0
Y (m)
15
5
Erwartete Resultate
-5
-3
− σtt̄ in allen Kanälen
− mt auch Konsistenz, mt ↔ σtt̄ .
− Spin, W-Helizität.
|Vtb |2
− Seltene Zerfälle R=
.
|Vtb |2 +|Vts |2 +|Vtd |2
− Single-t, Trennung der Diagramme.
− FCNC t → Z0 q?
− tt̄ Resonanzen?
− ...
-1
η
1
-4
3
5
0
X (m)
0
180
φ
360
4
-6
-4
0
0 ρ (m)
Y (cm)
4
6
-4
-4
S. Bethke, R. Nisius
0
WS 07/08
Z (m)
V11
4
-6
8. Januar 2008
0
X (cm)
Richard Nisius
6
Ab Herbst kann die Jagd beginnen.
17
Übersicht
Einführung
WQS
Lebensdauer
Verzweigungsverhältnis
Masse
Zukunft
Zusammenfassung
Die Bedeutung der Top-Masse für das SM und seine Erweiterungen
80.6
80.5
80.5
mW [GeV]
mW [GeV]
12/1997
80.4
80.3
80.6
LEP1, SLD, νN Data
−
LEP2, pp Data
68% CL
80.4
80.3
mH [GeV]
80.2 70 300 1000
140
160
180
200
mt [GeV]
80.70
80.4
190
210
mH [GeV]
113 300 1000
150
170
80.2
130
Preliminary
190
210
mt [GeV]
experimental errors: LEP2/Tevatron (today)
68% CL
− 1997: mW = (80.41 ± 0.09 ) GeV,mt = (175.6 ± 5.5) GeV
− 2007: mW = (80.374 ± 0.015) GeV,mt = (170.9 ± 1.8) GeV
10/2007
95% CL
SY
light SU
MW [GeV]
Preliminary
mt [GeV]
80.60
MSSM
80.50
80.40
80.30
2/2001
80.3
mH [GeV]
90 300 1000
80.2
130
150
170
Preliminary
LEP1, SLD, νN Data
−
LEP2, pp Data
68% CL
80.5
2/1999
mW [GeV]
indirect Data
direct Data
y
heav
MH =
SM
Ein Ausblick in die Zukunft
SUSY
eV
114 G
MH =
SM
MSSM
both models
eV
400 G
80.20
− Mit immer genaueren Werten für mW und mt kann die
Higgs-Masse eingeschränkt, oder Hinweise auf
Physik jenseits des SM gewonnen werden.
Heinemeyer, Hollik, Stockinger, Weber, Weiglein ’07
160
165
170
175
180
185
mt [GeV]
S. Bethke, R. Nisius
WS 07/08
V11
In ein paar Jahren wissen wir deutlich mehr.
8. Januar 2008
Richard Nisius
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Übersicht
Einführung
WQS
Lebensdauer
Verzweigungsverhältnis
Masse
Zukunft
Zusammenfassung
Zusammenfassung
− Nach der Entdeckung des Bottom-Quarks 1977 war im Standard Modell
klar, dass es das Top-Quark geben musste und die Suche war eröffnet.
− Erst 1995, mit der Entdeckung des Top-Qarks durch CDF und D0 am Tevatron
wurde dieser bis heute letzte Quark Baustein gefunden.
− Mit seiner großen Masse und kurzen Lebensdauer hat das Top-Quark Alleinstellungsmerkmale im SM. Es zerfällt als freies Quark, und bildet keine gebunden Zustände.
Es sollte die stärkste Kopplung an dem Mechanismus zur Massenerzeugung haben.
− Die Tevatron Experimente haben schon einige Eigenschaften des Top-Quarks wie Masse
und Produktionswirkungsquerschnitt bestimmt, leiden aber unter kleinen Ereignisraten.
− Am LHC erwarten wir uns wesentlich verbesserte Messungen der Top-Quark
Eigenschaften, und mit ein wenig Glück auch Kopplungen an das Higgs-Boson,
oder an Physik jenseits des Standardmodells.
Nächste Vorlesung: Vorlesung 12, 15. Januar 9:15 Uhr, Prof. S.Bethke.
S. Bethke, R. Nisius
WS 07/08
V11
8. Januar 2008
Richard Nisius
19