Suche nach geladenen Higgs-Bosonen im
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Suche nach geladenen Higgs-Bosonen im Zerfallskanal H + → τ ν mit dem ATLAS Experiment Anna Kopp Physikalisches Institut, Universität Freiburg Das Standardmodell (SM) der Teilchenphysik, das maßgeblich in den 1960er Jahren formuliert wurde, beschreibt die Wechselwirkungen zwischen Elementarteilchen mit hoher Genauigkeit. In vielen Experimenten konnten die Vorhersagen der Theorie immer wieder bestätigt werden, doch einige Fragen lässt das SM noch immer ungeklärt. Durch den Englert-Brout-Higgs-Guralnik-Hagen-Kibble-Mechanismus enthält es zwar eine Erklärung, woher Elementarteilchen ihre Masse bekommen. Durch die Einführung eines skalaren Feldes, das einen von Null verschiedenen Vakuumerwartungswert hat, werden durch spontane Symmetriebrechung Massenterme erzeugt und ein skalares Teilchen, das sogenannte Higgs-Boson resultiert daraus. Doch z.B. die Natur der Dunklen Materie lässt sich im SM nicht beantworten. Supersymmetrische Erweiterungen des Standardmodells (SUSY) können einige weitere offene Fragen klären. Sie bieten Kandidaten für Dunkle Materie, können das HierarchieProblem lösen oder zu einer Vereinigung der Kräfte führen. Durch die Einführung einer Symmetrie zwischen Bosonen mit ganzzahligem und Fermionen mit halbzahligem Spin enthält schon das Minimale Supersymmetrische Standardmodell (MSSM) mehr als doppelt so viele Teilchen wie das SM. Statt eines Higgs-Bosons wie im SM gibt es im MSSM 5, von denen 3 ungeladen (h, H und A) und 2 geladen (H + , H − ) sind. Eines der Ziele am Large Hadron Collider (LHC) am CERN war und ist die Entdeckung des Higgs-Bosons sowie möglicher Neuer Physik wie zum Beispiel SUSY. Der LHC bietet Zugang zu Energiebereichen, die noch mit keinem anderen Beschleuniger untersucht werden konnten. Seitdem im Jahr 2010 bei einer Schwerpunktsenergie von 7 TeV mit der Datennahme begonnen und diese im Jahr 2011 erfolgreich fortgesetzt wurde, wurde die Schwerpunktsenergie im Jahr 2012 auf 8 TeV erhöht. Mit Daten aus den Jahren 2011 und 2012 konnten im Juli 2012 die ATLAS und CMS Kollaborationen am LHC die Entdeckung eines neuen Teilchens verkünden. Die Messungen und Zerfallskanäle lassen darauf schließen, dass es sich um ein Boson handelt, wobei ein Spin 0 Teilchen durch die Ergebnisse favorisiert wird. Ob es allerdings ’das’ Higgs-Boson des SM ist, lässt sich noch nicht eindeutig beantworten. Noch sind die Messungen auch damit vereinbar, dass es sich bei dem entdeckten Teilchen um das leichteste Higgs- Boson des MSSM handelt. Würde nun ein weiteres, geladenes Higgs-Boson entdeckt, wäre dies ein klares Zeichen dafür, dass das SM erweitert werden muss. In diesem Vortrag wird die Suche nach geladenen Higgs-Bosonen im Zerfallskanal H + → τ ν bei ATLAS vorgestellt, ins Besondere mit Endzuständen mit hadronisch zerfallenden τ Leptonen und weiteren Jets. Ist die Masse der geladenen Higgs-Bosonen kleiner als die des Top-Quarks, mH + < mt , so ist der dominante Produktionsmechanismus am LHC über den Zerfall einess Top-Quarks, t → H + b. Ist die Masse der geladenen Higgs-Bosonen größer als die des Top-Quarks, mH + > mt , so ist der Hauptproduktionsmechanismus am LHC über gb- oder gg-Fusion. In vielen Modellen ist das Verzweigungsverhältnis der geladenen Higgs-Bosonen in τ -Leptonen sehr groß. Daher bietet dieser Kanal gute Entdeckungsmöglichkeiten. Mit den Daten aus dem Jahr 2011 wurden obere Grenzen auf das Verzweigungsverhältnis t → H + b gesetzt für leichte geladene Higgs-Bosonen, mH + < mt . Dabei wurden alle Untergründe datenbasiert abgeschätzt. Anstatt die Untergrundbeiträge nach Produktionsprozessen zu unterscheiden, wurden sie dafür nach dem Ursprung des τ -jets eingeteilt. Somit ergeben sich Ereignisse mit wahren τ -Leptonen und solche, in denen ein Elektron oder ein quark- bzw. gluoninitiierter Jet als τ -Lepton fehlidentifiziert wurde. Der größte Untergrundbeitrag ist der mit wahren τ -Leptonen. Um bei der Abschätzung nicht auf Simulation angewiesen zu sein, wurde hierfür eine Einbettungsmethode verwendet. Dafür wurden zum Hauptuntergrund topologisch ähnliche Ereignisse, die allerdings ein Myon statt eines τ -Jets im Endzustand haben, in den Kollisionsdaten selektiert. Das Myon wurde anschließend entfernt und durch ein simuliertes τ -Lepton ersetzt. Somit enthält das Ereignis am Ende alle Information bis auf das τ -Lepton aus Daten. Im Vortrag wird die Einbettungsmethode genauer erläutert. Es werden verschiedene Studien und Ergebnisse vorgestellt, die bei der Suche nach geladenen Higgs-Bosonen damit erzielt wurden.
