Collider Reach
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Collider Reach Stephan Meighen-Berger TUM Physik T75 Bei der Planung und Konstruktion von Proton-Proton Collidern, ist die Frage ihres Entdeckungsvermögens relevant. Die korrekte Methode um die Eignung eines Colliders zu bestimmen ist Signal und Hintergrund eines Modells mittels Monte Carlo Methoden zu generien, auf die resultierenden Daten eine Detektorsimulation anzuwenden und anschließend Massengrenzen zu finden. Diese Methode ist aufwendig und kann viel Zeit kosten. Um eine schnelle Abschätzung der Massengrenze zu erhalten, ist es nützlich, frühere Suchen und deren Ergebnisse zu verwenden. Wenn man deren Resultate zu höheren Energien interpoliert, dominiert die Partonluminosität Lij die Änderung der Signalzahl. Unter Beachtung der Massendimension gilt für die Signalzahl N folgende Proportionalität: N (M, s) ∝ 1 M2 P Cij Lij (M 2 , s) ij Die Summe läuft über die Streukanäle (q q̄, qg...) und Cij sind die zugehörigen Streukoeffizienten. s ist die Schwerpunktsenergie des Colliders und M die Masse des gesuchten Teilchens. Unter der der Annahme, dass ein Kanal dominiert, lässt sich mittels Lösens der Gleichung: Lij (Mh2 ,sh ) Lij (Ml2 ,sl ) × lumih lumil = Mh2 Ml2 das Entdeckungsvermögen eines Colliders bestimmen. Hier ist Mh die gesuchte Massengrenze, Ml die Massengrenze einer früheren Suche, sh bzw. sl die Schwerpunktsenergien des neuen bzw. des früheren Colliders und lumh,l sind die zugehörigen Luminositäten. Im Fall, dass N und der Hintergrund B unterschiedliche Partonluminositäten haben, wird die Gleichung für ein konstantes Verhähltnis √NB gelöst. Ein Vorteil der Berechnung mittels des Bruches ist, dass Komplikationen, wie Kopplungskonstanten und Vorfaktoren, wegfallen. Diese Näherung wird derzeit in der Web-App ”Collider-Reach”1 verwendet. Diese Methode gibt Ergebnisse von den LHC und Tevatron Suchen sehr gut wieder, wenn man die Abhängigkeiten von s und von der integrierten Luminosität bzw. auch die Massengrenzen mit den erwarteten von ATLAS/CMS/DO/CDF vergleicht. Um die Genauigkeit der Approximation aufzuzeigen werden am Beispiel von Z 0 -Bosonen die Ergebnisse von Collider-Reach mit denen von Monte-Carlo Simulationen verglichen. Im nächsten Schritt werden Prozesse ohne klare Massenschwelle (z.B. effektive Operatoren) untersucht. 1 http://collider-reach.web.cern.ch/collider-reach/ ; G. Salam, A. Weiler
