Suche nach Leptoquarks der zweiten Generation

Suche nach Leptoquarks der
zweiten Generation mit ATLAS
am LHC
Frühjahrstagung des DPG-Fachverbands
Teilchenphysik
28.3. - 31.3.2006
in Dortmund
Gernot Krobath
Ludwig-Maximilians-Universität München
E-Mail: [email protected]
31.03.2006
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Gernot Krobath
LMU München
Übersicht
31.03.2006
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Der ATLAS Detektor
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Was sind Leptoquarks (LQ) ?
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Wie werden LQ produziert ?
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Signal und SM Untergrund
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Selektionsvariablen
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Zusammenfassung und Ausblick
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Gernot Krobath
LMU München
Der ATLAS Detektor
Breite:
44m
Durchmesser: 22m
Gewicht:
7000t
- 1 von 2 Universaldetektoren bei LHC
- Toroidales Magnetfeld in den Myondetektoren
- sehr gute Myonenvermessung durch
Messung im
Zentraldektor und in
den Myondetektoren
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Gernot Krobath
LMU München
Leptoquarks
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Was sind Leptoquarks ?
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Leptoquarks (LQ) sind hypothetische Teilchen,
die sowohl Leptonen- als auch Baryonenzahlen
tragen. LQ Wechselwirkungen erhalten die
Leptonen- und Baryonenzahlen separat.
–
LQ wurden bisher nicht beobachtet, aber viele
Erweiterungen des Standard Modells sagen sie
voraus:
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Große vereinheitlichte Theorien (GUTs)
Supersymmetrie mit R-Paritätsverletzung
superstring-inspirierte E6 Modelle
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Technicolor Modelle
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Gernot Krobath
LMU München
Eigenschaften von LQ
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LQ koppeln nur an eine Generation der Quarks und eine
Generation der Leptonen des Standard Modells, da weder
neutrale Ströme, die die Quarksorte ändern, noch Verletzungen
der Leptonenzahlerhaltung beobachtet wurden.
Es wird angenommen, daß die Wechselwirkungen der LQ chiral
sind, sonst würden LQ seltene Zerfälle vermitteln.
Mit obigen Annahmen gibt es 14 Arten (mBRW Modell) von LQ,
die sich durch folgendes voneinander unterscheiden:
Spin (Skalar oder Vektor)
● Fermionenzahl F = 3 B + L
● Isospin
● Chiralität der Kopplung
LQ tragen nichtganzzahlige Ladungen (± 5/3e, ± 4/3e,± 2/3e,
± 1/3e)
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LQ → ℓ± q oder LQ → ν q
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Gernot Krobath
LMU München
Wie werden LQ produziert ?
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nur Paarproduktion wird hier betrachtet,
da Einzelproduktion abhängig von
unbekannter q-ℓ-LQ Kopplung
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alle gezeigten
Prozesse hängen nicht
von der (unbekannten)
q-ℓ-LQ Kopplung ab →
WQ hängt nur von
Masse der LQ und
QCD ab.
2. Generation: LQ →
q + (μ or vμ)
ausgeschlossene
Massengrenze für LQ
der 2. Generation:
~250 GeV (β=1)
β = BR(LQ2 → q + μ)
Gernot Krobath
LMU München
Signal und Standard Modell
Untergrund
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Signal (β=1):
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m(LQ) in GeV σ(NLO) (in pb)
400
2.24000
600
0.22500
800
0.03780
1000
0.00836
1200
0.00221
1400
0.00066
1600
0.00021
Untergrund:
process
Z /γ*(μμ)+jets p
tt (μνj μνj)
ZZ (μμ jj)
ZW (μμ jj)
WW (μν μν)
σ x BR (in pb)
>20GeV 690
5.5
0.6
0.6
1.7
jet
T
erwartete ∫ L dt für den LHC:
erwartete Anzahl von Ereignissen:
20 pb-1
Z /γ*+jets:13.8k LQ400:44.8 LQ1200:0.04
1 Jahr bei Design L: 10 fb-1
Z /γ*+jets:6.9M LQ400:22.4k LQ1200:22.1
1. Monat:
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Gernot Krobath
LMU München
Monte Carlo samples
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Für die Generierung der MC-Samples wurde
PYTHIA (LQ) bzw. SHERPA (Z+jets) benutzt.
Die LQ und Z/γ*(→μμ) + jets Samples wurden
mit einer vollen Simulation des ATLAS
Detektors erzeugt (ATHENA Version 10.0.4)
Als Signal-Sample standen jeweils 1000 LQPaar-Ereignisse der Masse 400, 800 und 1200
GeV zur Verfügung
Als Untergrund-Sample standen
80.000 Z /γ*(→μ+μ) + jets Ereignisse zur
Verfügung
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Gernot Krobath
LMU München
Selektionsvariablen I
Signal: mLQ = 400 GeV
sample: 1000 LQ-Paare
Hintergrund: 50740 Z /γ* (→μ+μ) + jets Ereignisse mit mind. 2 jets mit je ETjet > 20 GeV
beste Schnitte:
pTμ > 60 GeV
ETjet > 25 GeV
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Gernot Krobath
LMU München
Selektionsvariablen II
nach: pTμ > 60 GeV (beide μ)
ETjet > 25 GeV (beide jets)
2μ verschiedene Vorzeichen
μ / jet Isolation R = 0.4, R = √(∆η² + ∆Φ²)
Signal:
Untergrund:
ST = Σ ET
451 (=45,1%) LQ Ereignisse übrig
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12 Z /γ*+jets Ereignisse übrig
(=0.07 pro LQ, mLQ = 400 GeV)
Gernot Krobath
LMU München
Schnitte für größere mLQ
für größere mLQ: kleinerer WQ, aber Schnitte, insbes. ST-Schnitt,
können erhöht werden → Untergrund wird stärker unterdrückt
pTμ > 125 GeV
ETjet > 100 GeV
mLQ= 800 GeV
STcut = 1000 GeV
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mμμ > 200 GeV
keine μ/jet Isolation
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mLQ= 1200GeV
STcut = 1200 GeV
Gernot Krobath
LMU München
Zusammenfassung
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LQ mit mLQ= 400 GeV können schon in den
Anfängen der LHC Messung entdeckt werden
mit bisherigen Schnitten gute Unterdrückung
des dominierenden Untergrunds
auch LQ mit höheren mLQ können trotz stark
sinkendem WQ gemessen werden, da
härtere Schnitte zur Unterdrückung des
dominierenden Untergrunds möglich
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Gernot Krobath
LMU München
Ausblick
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31.03.2006
Optimierung der Schnitte, evtl. Massenfenster
um mLQ
bisher: jet-Algorithmus cone R = 0.7 →
andere jet-Algorithmen (cone R = 0.4,kT-jet)
probieren
andere Untergründe betrachten, inbesondere
t t (→ μνj μνj)
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Gernot Krobath
LMU München
Selektionsvariablen III
nach: pTμ > 125 GeV
ETjet > 100 GeV
2μ verschiedene Vorzeichen
keine μ / jet Isolation
Signal: mLQ = 400 GeV
Untergrund:
1 Z + jets Ereignis übrig
242 (=24,2%) LQ Ereignisse übrig
(=0.002 pro LQ, mLQ = 400 GeV)
31.03.2006
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Gernot Krobath
LMU München