Untersuchung der Streuung von massiven Eichbosonen mit dem
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Disputationsvortrag Untersuchung der Streuung von massiven Eichbosonen mit dem ATLAS Detektor am Large Hadron Collider Disputationsvortrag Dipl.-Phys. Christian Gumpert 27. Februar 2015 Christian Gumpert | 27. Februar 2015 1 / 22 Disputationsvortrag | Einleitung Womit beschäftigt sich die Teilchenphysik? • Was sind die elementaren Bausteine unseres Universums? • Was sind ihre Eigenschaften? • Wie wechselwirken sie miteinander? 100 m 10−3 m Christian Gumpert | 27. Februar 2015 10−6 m 10−9 m 10−12 m 10−15 m < 10−18 m 2 / 22 Disputationsvortrag | Einleitung | Standardmodell der Teilchenphysik Die Elementarteilchen Christian Gumpert | 27. Februar 2015 3 / 22 Disputationsvortrag | Einleitung | Standardmodell der Teilchenphysik Die Elementarteilchen Christian Gumpert | 27. Februar 2015 3 / 22 Disputationsvortrag | Einleitung | Standardmodell der Teilchenphysik Wechselwirkungen der Teilchen: Das SM Christian Gumpert | 27. Februar 2015 4 / 22 Disputationsvortrag | Einleitung | Standardmodell der Teilchenphysik Wechselwirkungen der Teilchen: Das SM Christian Gumpert | 27. Februar 2015 4 / 22 Disputationsvortrag | Einleitung | Standardmodell der Teilchenphysik Das Standardmodell der Teilchenphysik Christian Gumpert | 27. Februar 2015 4 / 22 Disputationsvortrag | Einleitung | Standardmodell der Teilchenphysik Das Standardmodell der Teilchenphysik Christian Gumpert | 27. Februar 2015 4 / 22 Disputationsvortrag | Einleitung | Standardmodell der Teilchenphysik Das Standardmodell der Teilchenphysik Christian Gumpert | 27. Februar 2015 4 / 22 Disputationsvortrag | Einleitung | Standardmodell der Teilchenphysik Das Standardmodell der Teilchenphysik Christian Gumpert | 27. Februar 2015 4 / 22 Disputationsvortrag | Einleitung | Standardmodell der Teilchenphysik Das Standardmodell der Teilchenphysik Christian Gumpert | 27. Februar 2015 4 / 22 Disputationsvortrag | Einleitung | Standardmodell der Teilchenphysik Das Standardmodell der Teilchenphysik Christian Gumpert | 27. Februar 2015 4 / 22 Disputationsvortrag | Einleitung | Standardmodell der Teilchenphysik Das Standardmodell der Teilchenphysik Christian Gumpert | 27. Februar 2015 4 / 22 Disputationsvortrag | Einleitung | Standardmodell der Teilchenphysik Die Streuung von Eichbosonen und der Higgs-Mechanismus E →∞ Streuung longitudinal polarisierter Eichbosonen: VL VL −−−−→ VL VL optisches Theorem: Wirkungsquerschnitt ist nach oben beschränkt σ E Christian Gumpert | 27. Februar 2015 5 / 22 Disputationsvortrag | Einleitung | Standardmodell der Teilchenphysik Die Streuung von Eichbosonen und der Higgs-Mechanismus E →∞ Streuung longitudinal polarisierter Eichbosonen: VL VL −−−−→ VL VL optisches Theorem: Wirkungsquerschnitt ist nach oben beschränkt σ σ ∝ E4 ∝ E4 E Christian Gumpert | 27. Februar 2015 5 / 22 Disputationsvortrag | Einleitung | Standardmodell der Teilchenphysik Die Streuung von Eichbosonen und der Higgs-Mechanismus E →∞ Streuung longitudinal polarisierter Eichbosonen: VL VL −−−−→ VL VL optisches Theorem: Wirkungsquerschnitt ist nach oben beschränkt σ ∝ E4 ∝ E2 σ ∝ E2 E Christian Gumpert | 27. Februar 2015 5 / 22 Disputationsvortrag | Einleitung | Standardmodell der Teilchenphysik Die Streuung von Eichbosonen und der Higgs-Mechanismus E →∞ Streuung longitudinal polarisierter Eichbosonen: VL VL −−−−→ VL VL optisches Theorem: Wirkungsquerschnitt ist nach oben beschränkt σ ∝ E4 ∝ E2 σ ∝ E0 ∝ E0 E Christian Gumpert | 27. Februar 2015 5 / 22 Disputationsvortrag | Einleitung | Standardmodell der Teilchenphysik Die Streuung von Eichbosonen und der Higgs-Mechanismus E →∞ Streuung longitudinal polarisierter Eichbosonen: VL VL −−−−→ VL VL optisches Theorem: Wirkungsquerschnitt ist nach oben beschränkt σ ∝ E4 ∝ E2 Eichsymmetrie ∝ E0 Higgs-Mechanismus Symmetriebrechung Christian Gumpert | 27. Februar 2015 E 5 / 22 Disputationsvortrag | Einleitung | Standardmodell der Teilchenphysik Die Streuung massiver Eichbosonen ist interessant, weil sie . . . • noch nie experimentell beobachtet wurde, • die Eichstruktur des Standardmodells testet, • sensitiv auf die Natur der elektroschwachen Symmetriebrechung ist. Ziele der Arbeit 1 Untersuchung, ob die Streuung massiver Eichbosonen am Large Hadron Collider experimentell messbar ist 2 Bestimmung des Wirkungsquerschnitts 3 Interpretation hinsichtlich Beiträgen von “neuer Physik” Christian Gumpert | 27. Februar 2015 6 / 22 Disputationsvortrag | Einleitung | ATLAS Detektor am LHC Der Large Hadron Collider √ • LHC ist ein Proton-Proton Beschleuniger mit einer Kollisionsenergie von s = 8 TeV • 1380 Pakete mit jeweils 170 Mrd. Protonen produzieren 20 Mio. Kollisionen pro Sekunde Christian Gumpert | 27. Februar 2015 7 / 22 Disputationsvortrag | Einleitung | ATLAS Detektor am LHC Der ATLAS Detektor • universeller Teilchendetektor • 44m lang, 25m Durchmesser • 7000t schwer • 100 Mio. Auslesekanäle • mehrstufiges Triggersystem • gesammelte Datenmenge in 2012: L = 20 fb−1 ⇒ entspricht ca. 3 Mrd. gespeicherten Ereignissen Christian Gumpert | 27. Februar 2015 8 / 22 Disputationsvortrag | Einleitung | ATLAS Detektor am LHC Der ATLAS Detektor • universeller Teilchendetektor • 44m lang, 25m Durchmesser • 7000t schwer • 100 Mio. Auslesekanäle • mehrstufiges Triggersystem • gesammelte Datenmenge in 2012: L = 20 fb−1 ⇒ entspricht ca. 3 Mrd. gespeicherten Ereignissen Christian Gumpert | 27. Februar 2015 8 / 22 Disputationsvortrag | Einleitung | Streuung von massiven Eichbosonen am LHC Die Streuung von massiven Eichbosonen am LHC t Christian Gumpert | 27. Februar 2015 9 / 22 Disputationsvortrag | Einleitung | Streuung von massiven Eichbosonen am LHC Die Streuung von massiven Eichbosonen am LHC t Christian Gumpert | 27. Februar 2015 9 / 22 Disputationsvortrag | Einleitung | Streuung von massiven Eichbosonen am LHC Die Streuung von massiven Eichbosonen am LHC t Christian Gumpert | 27. Februar 2015 9 / 22 Disputationsvortrag | Einleitung | Streuung von massiven Eichbosonen am LHC Die Streuung von massiven Eichbosonen am LHC t Christian Gumpert | 27. Februar 2015 9 / 22 Disputationsvortrag | Einleitung | Streuung von massiven Eichbosonen am LHC Die Streuung von massiven Eichbosonen am LHC t Christian Gumpert | 27. Februar 2015 9 / 22 Disputationsvortrag | Einleitung | Streuung von massiven Eichbosonen am LHC Die Streuung von massiven Eichbosonen am LHC t • Anfangszustand: Proton - Proton - Kollisionen (q, q̄, g ) Christian Gumpert | 27. Februar 2015 9 / 22 Disputationsvortrag | Einleitung | Streuung von massiven Eichbosonen am LHC Die Streuung von massiven Eichbosonen am LHC t • Anfangszustand: Proton - Proton - Kollisionen (q, q̄, g ) • Endzustand: definiert durch die Ereignisselektion Christian Gumpert | 27. Februar 2015 9 / 22 Disputationsvortrag | Einleitung | Streuung von massiven Eichbosonen am LHC Die Streuung von massiven Eichbosonen am LHC t • Anfangszustand: Proton - Proton - Kollisionen (q, q̄, g ) • Endzustand: definiert durch die Ereignisselektion • Wechselwirkung: experimentell nicht zugänglich, alle Beiträge betrachten Christian Gumpert | 27. Februar 2015 9 / 22 Disputationsvortrag | Einleitung | Streuung von massiven Eichbosonen am LHC mit = + + + + ... ... Christian Gumpert | 27. Februar 2015 10 / 22 Disputationsvortrag | Einleitung | Streuung von massiven Eichbosonen am LHC mit = + + + + ... ... elektroschwache Diagramme ∝ O(gw6 ) Christian Gumpert | 27. Februar 2015 10 / 22 Disputationsvortrag | Einleitung | Streuung von massiven Eichbosonen am LHC mit = + + + + ... ... elektroschwache Diagramme ∝ O(gw6 ) = Higgs-Beiträge Christian Gumpert | 27. Februar 2015 10 / 22 Disputationsvortrag | Einleitung | Streuung von massiven Eichbosonen am LHC mit = + + + + ... ... elektroschwache Diagramme ∝ O(gw6 ) = Higgs-Beiträge + Selbstwechselwirkung Christian Gumpert | 27. Februar 2015 10 / 22 Disputationsvortrag | Einleitung | Streuung von massiven Eichbosonen am LHC mit = + + + + ... ... elektroschwache Diagramme ∝ O(gw6 ) = Higgs-Beiträge + Selbstwechselwirkung + . . . Christian Gumpert | 27. Februar 2015 10 / 22 Disputationsvortrag | Einleitung | Streuung von massiven Eichbosonen am LHC mit = + + + + ... ... elektroschwache Diagramme ∝ O(gw6 ) = Higgs-Beiträge + Selbstwechselwirkung + . . . Diagramme mit starker Wechselwirkung ∝ O(gw4 gs2 ) Christian Gumpert | 27. Februar 2015 10 / 22 Disputationsvortrag | Einleitung | Streuung von massiven Eichbosonen am LHC mit = + + + + ... ... einige Diagramme tragen nicht zum pp → `± ν`± νjj Prozess bei ⇒ Beitrag elektroschwacher Diagramme ist vergleichsweise hoch ⇒ “goldener” Kanal zur Untersuchung der Streuung von Eichbosonen am LHC Christian Gumpert | 27. Februar 2015 10 / 22 Disputationsvortrag | Messung des Wirkungsquerschnitts | Ereignisselektion Ereignistopologie für W ± W ± Streuung ν1 `± 1 Strahlachse j2 j1 `± 2 ν2 • zwei gleich geladene Leptonen (=e, µ) • fehlender transversaler Impuls • zwei hochenergetische, hadronische Jets mit • hoher invarianter Masse • deutlicher Separation in der Rapidität Christian Gumpert | 27. Februar 2015 11 / 22 Disputationsvortrag | Messung des Wirkungsquerschnitts | Untergrundabschätzung Abschätzung von Untergrundbeiträgen andere Prozesse können ebenfalls die Signaltopologie imitieren: • W ± W ± jj Produktion mittels starker Wechselwirkung • Prozesse mit mehr als zwei Leptonen im Endzustand • pp → `+ `− `0± ν 0 jj • pp → `+ `− `0+ `0− jj • t t̄ + W ± /Z Produktion • Elektronen aus Photonkonversionen • W γ + 2j Produktion • Fehlidentifikation der Elektronladung (pp → Zjj → e + e − jj) • Leptonen aus anderen Quellen • sekundäre Leptonen aus Zerfällen von Hadronen • Fehlidentifikationen Christian Gumpert | 27. Februar 2015 12 / 22 Disputationsvortrag | Messung des Wirkungsquerschnitts | Untergrundabschätzung Abschätzung von Untergrundbeiträgen andere Prozesse können ebenfalls die Signaltopologie imitieren: • W ± W ± jj Produktion mittels starker Wechselwirkung • Prozesse mit mehr als zwei Leptonen im Endzustand • pp → `+ `− `0± ν 0 jj • pp → `+ `− `0+ `0− jj aus Simulationen • t t̄ + W ± /Z Produktion abgeschätzt aus Messdaten • Elektronen aus Photonkonversionen • W γ + 2j Produktion • Fehlidentifikation der Elektronladung (pp → Zjj → e + e − jj) • Leptonen aus anderen Quellen • sekundäre Leptonen aus Zerfällen von Hadronen • Fehlidentifikationen Christian Gumpert | 27. Februar 2015 12 / 22 Disputationsvortrag | Messung des Wirkungsquerschnitts | Untergrundabschätzung Abschätzung von Untergrundbeiträgen andere Prozesse können ebenfalls die Signaltopologie imitieren: • W ± W ± jj Produktion mittels starker Wechselwirkung • Prozesse mit mehr als zwei Leptonen im Endzustand • Elektronen aus Photonkonversionen • Leptonen aus anderen Quellen > 2 Leptonen (49%) sonstige (14%) γ Konversion (26%) W ± W ± jj QCD (11%) Christian Gumpert | 27. Februar 2015 12 / 22 Disputationsvortrag | Messung des Wirkungsquerschnitts | Ergebnisse Ereignisselektion: Rapiditätsdifferenz der Jets Christian Gumpert | 27. Februar 2015 13 / 22 Disputationsvortrag | Messung des Wirkungsquerschnitts | Ergebnisse Ereignisselektion: Rapiditätsdifferenz der Jets ∆Yjj Christian Gumpert | 27. Februar 2015 13 / 22 Disputationsvortrag | Messung des Wirkungsquerschnitts | Ergebnisse Ereignisselektion: Rapiditätsdifferenz der Jets ∆Yjj • Anzahl von Ereignissen: Messdaten Signal Untergrund 35 13.3 ± 1.2 15.1 ± 1.6 • beobachtete Signifikanz Z = 4.9 ⇒ erste signifikante Beobachtung des Prozesses pp → `± ν`0± ν 0 jj Christian Gumpert | 27. Februar 2015 13 / 22 Disputationsvortrag | Messung des Wirkungsquerschnitts | Ergebnisse Ergebnis der Wirkungsquerschnittsmessung • Berechnung des Wirkungsquerschnitts: σfid = Ndata −Nbkg L×ε • gute Übereinstimmung mit der SM Vorhersage • statistische Unsicherheiten dominieren pp → ℓ ±ℓ ± ννjj (EWK+INT) s = 8 TeV, L = 20.3 fb-1 VBS signal region σSM fid = 1.04 ± 0.14 fb 0.47 +1.28 -1.01 fb e±e± 1.58 +0.78 -0.66 fb 2.18 e±µ ± +0.97 -0.78 fb µ ±µ ± +0.58 1.71 -0.51 fb 0 Christian Gumpert | 27. Februar 2015 1 2 combination 3 4 σfid [fb] 14 / 22 Disputationsvortrag | Messung des Wirkungsquerschnitts | Ergebnisse Christian Gumpert | 27. Februar 2015 15 / 22 Disputationsvortrag | Messung des Wirkungsquerschnitts | Ergebnisse Christian Gumpert | 27. Februar 2015 15 / 22 Disputationsvortrag | Interpretation | Einschränkungen an anomale Kopplungen Interpretation: Hinweise auf “neue Physik”? • Beiträge neuer Physik zur Kopplung von 4 -Eichbosonen? W± W± ∝ gSM + . . .? W± W± • Beschreibung durch effektive Theorie + Christian Gumpert | 27. Februar 2015 P i (electroweak chiral Lagrangian) αi Li , gültig für E ΛNP 16 / 22 Disputationsvortrag | Interpretation | Einschränkungen an anomale Kopplungen Unitaritätsverletzung und Wirkungsquerschnitt Unitarisierung anomale Kopplungen verletzen Unitarität σ ∝ E0 Christian Gumpert | 27. Februar 2015 17 / 22 Disputationsvortrag | Interpretation | Einschränkungen an anomale Kopplungen Unitaritätsverletzung und Wirkungsquerschnitt Unitarisierung anomale Kopplungen verletzen Unitarität r σ steigt mit E an Christian Gumpert | 27. Februar 2015 17 / 22 Disputationsvortrag | Interpretation | Einschränkungen an anomale Kopplungen Unitaritätsverletzung und Wirkungsquerschnitt Unitarisierung anomale Kopplungen verletzen Unitarität ⇒ Unitarisierung notwendig ⇒ hier: K -Matrix Schema (Baak et. al., arXiv:1310.6708) Christian Gumpert | 27. Februar 2015 17 / 22 Disputationsvortrag | Interpretation | Einschränkungen an anomale Kopplungen Unitaritätsverletzung und Wirkungsquerschnitt Unitarisierung Wirkungsquerschnitt anomale Kopplungen verletzen Unitarität ⇒ Unitarisierung notwendig ⇒ hier: K -Matrix Schema W ± W ± Streuung ist sensitiv auf 2 α4 L4 = α4 (tr [Vµ Vν ]) 2 α5 L5 = α5 (tr [Vµ V µ ]) 0.8 2.5 0.6 0.4 2.0 σEWK [fb] fid,aQGC α5 Wirkungsquerschnitt kann mit Whizard berechnet werden 0.2 1.5 -0.0 -0.2 1.0 -0.4 (Baak et. al., arXiv:1310.6708) 0.5 -0.6 -0.8 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.0 0.4 α4 Christian Gumpert | 27. Februar 2015 17 / 22 Disputationsvortrag | Interpretation | Einschränkungen an anomale Kopplungen α5 Ausschlussgrenzen auf anomale Kopplungen s = 8 TeV, L = 20.3fb-1 0.6 VBS signal region 0.4 K-Matrix unitarisation 0.2 0 -0.2 observed 68% CL -0.4 observed 95% CL expected 95% CL -0.6 Standard Model -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 α4 Christian Gumpert | 27. Februar 2015 18 / 22 Disputationsvortrag | Interpretation | Einschränkungen an anomale Kopplungen Optimierung der Ereignisselektion • Verbesserung der Sensitivität auf “neue Physik” durch zusätzliche Kriterien möglich • beste Signifikanz für mWW,T ≥ 400 GeV erwartet Christian Gumpert | 27. Februar 2015 19 / 22 Disputationsvortrag | Interpretation | Einschränkungen an anomale Kopplungen Optimierte Ausschlussgrenzen auf anomale Kopplungen Christian Gumpert | 27. Februar 2015 20 / 22 Disputationsvortrag | Interpretation | Einschränkungen an anomale Kopplungen α5 Optimierte Ausschlussgrenzen auf anomale Kopplungen s = 8 TeV, L = 20.3fb-1 0.6 aQGC signal region 0.4 K-Matrix unitarisation 0.2 0 -0.2 -0.4 observed 68% CL observed 95% CL -0.6 expected 95% CL Standard Model -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 α4 Christian Gumpert | 27. Februar 2015 20 / 22 Disputationsvortrag | Interpretation | Zusammenfassung Zusammenfassung Ziele der Arbeit 1 Untersuchung, ob die Streuung massiver, elektroschwacher Eichbosonen am LHC experimentell messbar ist 2 Bestimmung des Wirkungsquerschnitts 3 Interpretation hinsichtlich Beiträgen von “neuer Physik” Christian Gumpert | 27. Februar 2015 21 / 22 Disputationsvortrag | Interpretation | Zusammenfassung Zusammenfassung Ziele der Arbeit 1 Untersuchung, ob die Streuung massiver, elektroschwacher Eichbosonen am LHC experimentell messbar ist • mit den vorhandenen Messdaten ist eine erste Messung möglich • aussichtsreichster Prozess ist die W ± W ± Streuung 2 Bestimmung des Wirkungsquerschnitts 3 Interpretation hinsichtlich Beiträgen von “neuer Physik” Christian Gumpert | 27. Februar 2015 21 / 22 Disputationsvortrag | Interpretation | Zusammenfassung Zusammenfassung Ziele der Arbeit 1 Untersuchung, ob die Streuung massiver, elektroschwacher Eichbosonen am LHC experimentell messbar ist • mit den vorhandenen Messdaten ist eine erste Messung möglich • aussichtsreichster Prozess ist die W ± W ± Streuung 2 Bestimmung des Wirkungsquerschnitts • weltweite erste Beobachtung der Streuung massiver Eichbosonen • σfid = 1.7 ± 0.6 fb ist kompatibel mit der SM Vorhersage • aktuelle Messung durch statistische Unsicherheiten dominiert 3 Interpretation hinsichtlich Beiträgen von “neuer Physik” Christian Gumpert | 27. Februar 2015 21 / 22 Disputationsvortrag | Interpretation | Zusammenfassung Zusammenfassung Ziele der Arbeit 1 Untersuchung, ob die Streuung massiver, elektroschwacher Eichbosonen am LHC experimentell messbar ist • mit den vorhandenen Messdaten ist eine erste Messung möglich • aussichtsreichster Prozess ist die W ± W ± Streuung 2 Bestimmung des Wirkungsquerschnitts • weltweite erste Beobachtung der Streuung massiver Eichbosonen • σfid = 1.7 ± 0.6 fb ist kompatibel mit der SM Vorhersage • aktuelle Messung durch statistische Unsicherheiten dominiert 3 Interpretation hinsichtlich Beiträgen von “neuer Physik” • Einschränkungen an Modelle “neuer Physik” im Rahmen effektiver Theorien möglich • optimierte Ereignisselektion liefert derzeit weltbeste Grenzen auf anomale Kopplungen von 4 massiven Eichbosonen Christian Gumpert | 27. Februar 2015 21 / 22 Disputationsvortrag | Interpretation | Zusammenfassung Vielen Dank an meine Kollegen aus der ATLAS VBS Gruppe und meinen Doktorvater Prof. M. Kobel Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Christian Gumpert | 27. Februar 2015 22 / 22 Disputationsvortrag | Anhang Anhang Christian Gumpert | 27. Februar 2015 1 / 19 Disputationsvortrag | Anhang Elektroschwache Symmetriebrechung • Higgs Potential: V (Φ) = −µ|Φ|2 + λ4 |Φ|4 , µ, λ > 0 q ⇒ Minimum bei |Φ| = 2µ λ 6= 0 ⇒ elektroschwache Symmetrie im Standardmodell ist spontan gebrochen ⇒ massive W ± und Z Eichbosonen V (Φ) V (Φ) |Φ| Christian Gumpert | 27. Februar 2015 |Φ| 2 / 19 Disputationsvortrag | Anhang Ereignisselektion 1 genau zwei Leptonen (= e, µ) mit gleicher elektrischer Ladung • pT ≥ 25 GeV und |η| < 2.5 • räumlich gut getrennt von hadronischen Signaturen im Detektor • strikte Leptonidentifikationskriterien miss 2 fehlende transversale Energie ET ≥ 40 GeV 3 min. zwei hadronische Jets (AntiKt Algorithmus, d = 0.4)) • pT ≥ 30 GeV und |η| < 4.5 • mit dem primären Vertex assoziiert 4 Veto für Ereignisse mit einem zusätzlichen dritten Lepton mit lockeren Selektionsbedingungen 5 keine Ereignisse im ee Kanal, deren invariante mee Masse nahe der Masse des Z Bosons ist 6 entferne Ereignisse mit klassifizierten b-Jets 7 hohe invariante Masse des Jetpaares mjj ≥ 500 GeV 8 gute Separation in der Rapidität des Jetpaares |∆Yjj | ≥ 2.4 9 hohe transversale Masse des Leptonsystems mWW ,T ≥ 400 GeV Christian Gumpert | 27. Februar 2015 3 / 19 700 s = 8 TeV, L = 20.3 fb-1 Events Events Disputationsvortrag | Anhang W±W± W±γ ,ZZ,tt + V W±Z Charge Flip Fakes total uncertainty Data all channels 600 500 400 600 s = 8 TeV, L = 20.3 fb-1 W±W± W±γ ,ZZ,tt + V W±Z Charge Flip Fakes total uncertainty Data all channels 500 400 300 300 200 200 100 -0.5 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 nloose lepton Christian Gumpert | 27. Februar 2015 2.5 Data Expectation Data Expectation 100 -0.5 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 nb-jets 4 / 19 70 s = 8 TeV, L = 20.3 fb-1 W±W± W±γ ,ZZ,tt + V W±Z Charge Flip Fakes total uncertainty Data all channels 60 50 40 Events / 0.8 Events / 50 GeV Disputationsvortrag | Anhang 25 s = 8 TeV, L = 20.3 fb-1 W±W± EW+INT W±W± QCD W±γ ,ZZ, tt + V WZ± Charge Flip Fakes total uncertainty Data inclusive signal region, all channels 20 15 10 30 20 5 0 1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 mjj [GeV] Christian Gumpert | 27. Februar 2015 Data Expectation Data Expectation 10 0 1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 ∆ Yjj 5 / 19 Disputationsvortrag | Anhang Selektiertes Datenereignis Christian Gumpert | 27. Februar 2015 6 / 19 Disputationsvortrag | Anhang Untergrund durch Ladungsfehlidentifikation • Ladungsfehlidentifikation nur relevant für Elektronen • Untergrundbeitrag in Signalregion ermittelt durch Skalierung der Ereigniszahl in Kontrollregion Nfalsche Ladung = ε × NOS Untergrund in Signalregion Ereignisse in OS Region gemessen in Z → e + e − Kontrolldatensatz normalised to unit area • zusätzliche Korrektur der Energie der Elektronen 0.12 0.10 MC Simulation Z → e+e- opposite sign opposite sign: µ = 89.2 GeV, RMS = 6.4 GeV same sign: µ = 88.0 GeV, RMS = 6.3 GeV same sign 0.08 0.06 0.04 0.02 0.00 60 70 80 90 100 110 mee [GeV] Christian Gumpert | 27. Februar 2015 7 / 19 Disputationsvortrag | Anhang Leptonen aus anderen Quellen • sekundäre Leptonen aus Hadronzerfällen oder Jetfehlidentifikation (=“fakes”) • Untergrundbeitrag abgeschätzt durch Skalieren der Ereigniszahl in Kontrollregion mittels “Fake-Faktor” Nfakes = f Beitrag in Signalregion ×( NKR − Nprompt ) aus Simulation Fake-Faktor in Dijet Ereignissen gemessen gezählt in Kontrolregion fake factor [%] fake factor [%] • “Fake-Faktor” wird in Dijets Ereignissen aus Messdaten bestimmt Elektronen 3.5 3.0 2.5 1.4 1.0 2.0 0.8 1.5 0.6 1.0 0.4 0.5 0.2 30 40 50 60 70 p [GeV] T Christian Gumpert | 27. Februar 2015 Myonen 1.2 0.0 30 40 50 60 70 p [GeV] T 8 / 19 Disputationsvortrag | Anhang Validierung der Untergrundabschätzung • Methoden der Untergrundabschätzung in Kontrollregionen überprüft ⇒ gute Übereinstimmung mit Daten s = 8 TeV, L = 20.3 fb-1 12 W±W± W±γ ,ZZ,tt + V W±Z Charge Flip Fakes total uncertainty Data Z-tag CR, e±e± channel 10 8 Events / 0.5 Events 3 ×10 80 70 s = 8 TeV, L = 20.3 fb-1 W±W± W±γ ,ZZ,tt + V W±Z Charge Flip Fakes total uncertainty Data mjj < 500 GeV, all channels 60 50 40 6 30 4 20 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 10 0 1 2 3 4 5 0 1 2 3 4 5 Christian Gumpert | 27. Februar 2015 Data Expectation Data Expectation 2 njets 0.0 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 ∆ Yjj 9 / 19 Disputationsvortrag | Anhang Validierung der Untergrundabschätzung • gutes Verständnis der Untergrundprozesse essenziell für genaue Messung des Wirkungsquerschnitts ⇒ Test des Untergrundmodells in speziellen Kontrollregionen ⇒ sehr gute Übereinstimmung innerhalb der Unsicherheiten Christian Gumpert | 27. Februar 2015 10 / 19 Disputationsvortrag | Anhang Systematische Unsicherheiten auf Untergrundvorhersage • Jetenergieskala: 10 - 14% • theoretische Vorhersage der Untergrundnormierung: 8 - 18% • statistische Unsicherheit: 6 - 8% • Leptonen aus sonstigen Quellen: 4 - 10% • Ladungsfehlidentifikation für Elektronen: 1 - 3% • integrierte Luminosität: 2% • Effizienzkorrekturen, Leptonenergiemessung, weitere: < 3% Christian Gumpert | 27. Februar 2015 11 / 19 Disputationsvortrag | Anhang K-Matrix Unitarisierung • aQGC Signaldatensätze wurden mit Whizard unter der Nutzung der K-Matrix Unitarisierung generiert (arxiv:0806.4145) • Idee: projiziere individuelle Streuamplituden auf den Argand Kreis ⇒ Sättigung der Amplitude arxiv:1310.6708 Christian Gumpert | 27. Februar 2015 12 / 19 Disputationsvortrag | Anhang Vergleich verschiedener Unitarisierungsmethoden • Unitarisierung mittels Formfaktoren: a(s) → â(s) = a(s) 1 + Christian Gumpert | 27. Februar 2015 s ΛFF −n 13 / 19 Disputationsvortrag | Anhang Eichbosonstreuung in verschiedenen Endzuständen Christian Gumpert | 27. Februar 2015 14 / 19 α5 Disputationsvortrag | Anhang s = 8 TeV, L = 20.3fb-1 0.6 K-Matrix unitarisation 0.4 0.2 0 -0.2 -0.4 -0.6 expected 95% CL 95% limit on σfid Standard Model -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 α4 Christian Gumpert | 27. Februar 2015 15 / 19 Disputationsvortrag | Anhang α5 Effekt von Resonanzen auf anomale Kopplungen s = 8 TeV, L = 20.3fb-1 t 0.6 aQGC signal region 0.4 K-Matrix unitarisation 0.2 0 φ -0.2 -0.4 observed 68% CL observed 95% CL -0.6 expected 95% CL Standard Model -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 α4 • φ(s = 0, I = 2) : ∆α4 = 1/4; ∆α5 = −1/12 in Einheiten von 16π(Γ/M)(v /M)4 • t(s = 2, I = 2) : ∆α4 = −5/8; ∆α5 = 35/8 in Einheiten von 16π(Γ/M)(v /M)4 Christian Gumpert | 27. Februar 2015 16 / 19 Disputationsvortrag | Anhang Behandlung der Interferenz • Interferenzeffekte zwischen W ± W ± jj QCD and W ± W ± jj EW Diagrammen wurden mit Sherpa auf LO QCD studiert • Interferenzbeitrag ergibt sich zu (7% ± 4%) der Summe der Wirkungsquerschnitte der EWK und QCD Prozesse √ jj inclusive ab 0.1 5 QCD 4 dσ d∆y dσ d mjj ab 25 GeV • kann als σINT = 0.23 × σEWK × σQCD parametrisiert werden • Interferenzbeitrag wird als Signal betrachtet EWK 700 inclusive 600 QCD 500 EWK 400 3 300 2 200 100 0.2 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 σint σincl σint σincl 1 0.0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 ε = 0.252 ± 0.011 (χ2/NDF = 89.1/73) 0.5 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 mjj [GeV] Christian Gumpert | 27. Februar 2015 σint σEWK × σQCD σint σEWK × σQCD 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ∆y 0.0 -0.2 0.0 0.20 -0.2 0 ε = 0.250 ± 0.012 (χ2/NDF = 285.1/74) 0.5 0.0 0 jj 17 / 19 Disputationsvortrag | Anhang Sonstiges • Likelihoodfunktion für Extraktion des Wirkungsquerschnitts: L= Y ~ + bc (θ)) ~ × Pois(nc |σfid · L · BRc · εc (θ) c Y G(θj0 , θj , 1) j • Definition der transversalen Masse: ~pT ,tot = X ~pT ,i i 2 mT (`1 ,`2 ,ET ,miss ) X =( Ei ) 2 × i ~pT2 ,tot ~pT2 ,tot + (~pz,`1 + ~pz,`2 )2 − ~pT2 ,tot • Definition der Leptonzentralität: ζ = min [min (η`1 , η`2 ) − min (ηj1 , ηj2 ) , max (ηj1 , ηj2 ) − max (η`1 , η`2 )] Christian Gumpert | 27. Februar 2015 18 / 19 Disputationsvortrag | Anhang Bildnachweis Folie 2 http://www.1000fragen.de/img/pool/140x108/dossiers/therap_klonen/zelle.jpg (abgerufen am 08.02.2015) http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Caffeine_Molecule.png (abgerufen am 08.02.2015) http://simple.wikipedia.org/wiki/Atom (abgerufen am 08.02.2015) http://en.wikipedia.org/wiki/Atomic_nucleus (abgerufen am 08.02.2015) http://en.wikipedia.org/wiki/Proton (abgerufen am 08.02.2015) Folie 3 http://en.wikipedia.org/wiki/Standard_Model (abgerufen am 03.02.2015) Folie 4 http://www.quantumdiaries.org/2011/06/26/ cern-mug-summarizes-standard-model-but-is-off-by-a-factor-of-2/cernmug/ (abgerufen am 03.02.2015) Folie 7 http://www.atlas.ch/photos/atlas_photos/selected-photos/lhc/9906026_01_layout_sch.jpg (abgerufen am 03.02.2015) Folie 8 http://www.atlas.ch/photos/atlas_photos/selected-photos/full-detector/ATLAS_Silver_White_MK.jpg (abgerufen am 08.02.2015) Folie 15 https://atlas.web.cern.ch/Atlas/GROUPS/PHYSICS/CombinedSummaryPlots/SM/ATLAS_b_SMSummary_ FiducialXsect/ATLAS_b_SMSummary_FiducialXsect.png (abgerufen am 26.02.2015) Folie 17 arxiv:1310.6708 (Abb. 1-23) Christian Gumpert | 27. Februar 2015 19 / 19
