::: Carsten Magass ::: 22. August 2005 ::: Bad Honnef ::: Suche nach neuen schweren geladenen...
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::: Carsten Magass ::: 22. August 2005 ::: Bad Honnef :::
Suche nach neuen schweren Suche nach neuen schweren geladenen Eichbosonen mit dem geladenen Eichbosonen mit dem
DØ - DetektorDØ - Detektor
Carsten MagassCarsten Magass
III. Physikalisches Institut AIII. Physikalisches Institut ARWTH AachenRWTH Aachen
Exzellenzzentrum für Teilchenphysik
Betreuer : Prof. Dr. Thomas HebbekerBetreuer : Prof. Dr. Thomas Hebbeker
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ÜbersichtÜbersicht
• Motivation / TheorieMotivation / Theorie
• Tevatron und DØ – Detektor Tevatron und DØ – Detektor
• Monte Carlo StudieMonte Carlo Studie
• Elektronidentifikation und EreignisselektionElektronidentifikation und Ereignisselektion
• QCD UntergrundQCD Untergrund
• Erste ErgebnisseErste Ergebnisse
• AusblickAusblick
pp
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Vielzahl an theoretischen Modellen . . .Vielzahl an theoretischen Modellen . . .
. . . für Physik außerhalb des Standardmodells und auchaußerhalb von SUSY
R. Mohapatra, „Unification and Supersymmetry“, Kap. 6. – 8.
eW Eigenschaften dieses Kanals : • ‚sauberer´ Endzustand – trotz des Neutrinos (keine Jets)• Elektronen sind isoliert, besitzen hohe Transversalimpulse
Suche nach neuen schweren, geladenen Eichbosonen :
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Schwere EichbosonenSchwere Eichbosonen
Werden von vielen Erweiterungen des SM vorausgesagt
...,),10(),5( 6ESOSUParameter :• Masse, Breite
Zusätzlich :• Mischung (Massenzustände Gruppenzustände)• neue Fermion – Boson – Kopplungen• neue CKM – Matrix
g
U
Zerfall in3. Quarkfamilie
Sinnvolle Annahmen um Anzahl von Parametern zu reduzieren
, ,
WW
WWW
WW
WWW
m
mGeVm
m
mGeVm
3
4:200
:200
SMgg SMUU
Breite ~ Masse
0
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Tevatron am FermilabTevatron am Fermilab
Main Injector &“Recycler”
Umfang ~ 3.2 km
TevatronUmfang ~ 6.4 km
Chicago
p
p
p p
1.96 TeV
CDF
DØ
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DØ – DetektorDØ – Detektor
2tanln
~ 2 Tesla
Toroid
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DØ – DetektorDØ – Detektor
Lichtleiter aus dem CFT VLPC Cryo – Cassette (~10 K)
Szintillatoren + Photomultiplier - HV - Signal - LED (Kalibration)
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DØ - KalorimeterDØ - Kalorimeter
Endcap Calorimeter (EC) 05.1η
06.38
Central Calorimeter (CC)
Projektive Tower
HadronischesKalorimeter
Elektro-magnetischesKalorimeter
Kryostat (78 Kelvin) :Flüssiges Argon + Uranabsorber
4 Lagen im CC EM
Segmentation :
cm2506.20 Xd
1.064/2
1.0
Energieauflösung :E (E = 200 GeV) = 9 GeV ~ 4% für E > 200 GeV
2tanln
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W´W´ e e Monte Carlo Studie (I) Monte Carlo Studie (I)
W´ ???
pbBR 2102~ 2 Zunehmende MasseZunehmende Masse Wirkungsquerschnitt fällt drastischWirkungsquerschnitt fällt drastisch Verteilung der transversalen Masse ist flach über großen BereichVerteilung der transversalen Masse ist flach über großen Bereich Verschmierung des Jacobi – Peaks (Verschmierung des Jacobi – Peaks ( nicht erkennbar) nicht erkennbar)
),(cos12 METelEEm TelTT
PYTHIA
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W´W´ e e Monte Carlo Studie (II) Monte Carlo Studie (II)
Darstellung der Energiedeposition des Elektronschauers im Kalorimeterin Abhängigkeit von der Transversalenergie des Elektrons
Mittelwerte
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W´W´ e e Monte Carlo Studie (III) Monte Carlo Studie (III)
Globale Schauervariable : 2 - Fit ans Schauerprofil
Fortpflanzung der Energieabhängigkeit in Rekonstruktionsvariable !
Mittelwerte
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Elektronidentifikation (I)Elektronidentifikation (I)
(1) Kalorimeter
• hoher Anteil der Schauerenergie in dem EM Lagen
• isolierter Schauer
• Schauer ‚elektronartig‘ (2 - Fit ans Schauerprofil)
%904.0
4.0 tot
EM
E
Eemf
15.02.0
2.04.0
EM
EMtot
E
EEiso
(2) Spurdetektor
GeV
p
p
p T
T
T
002.0 GeVGeVEECAL
GeVGeVppTR
elel
TT
9200:
80200:
Idee: Nutze den Spurdetektor, aber ohne E/p !
42 10P
22
2
z
z2
/
1/
TpE
TpE
nächste Folie
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Elektronidentifikation (II) Elektronidentifikation (II)
Schnitt auf Schauervariable ist energieabhängig :
TE 02.0202HMx7
Rekonstruktionseffizienz für Elektronen energieunabhängig
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Rp trackT R
Elektronidentifikation (III)Elektronidentifikation (III)
R Treffer imSpurdetektor
„Anwesenheitskontrolle“ im Spurdetektor
Präzisionsmessung der Energie im Kalorimeter
Kalo
rim
ete
r
Kalo
rim
ete
r
Auflösung in Auflösung in :: ~ 5 mrad~ 5 mrad
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EreignisselektionEreignisselektion
1363 pbLint
(August 2002 – August 2004)
• Elektrontrigger soll gefeuert haben• Primärvertexposition |zvtx| < 60 cm
• mind. 1 Elektronkandidat (Kalorimeter und Spurdetektor)• Central Calorimeter : |det| < 1.05• ET > 30 GeV• aus Primärvertex |zvtx - ze| < 1 cm
• Elektron
• Neutrino
• fehlende transversale Energie MET > 30 GeV
• Ereignis ausbalanciert : 0.4 < ET / MET < 2
zp p
z ~ 38 cm
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QCD Untergrund : , QCD Untergrund : , qqqq ggqq
Monte Carlos beschreiben QCD unzureichend Extrahiere den QCD Untergrund aus den Daten
Methode :
Selektiere aus Daten Objekte, die Elektronidentifikation erfüllen, aber mit invertiertem Schnitt auf das Schauerprofil 2
Subtrahiere Verteilung der ‚echten‘ Elektronen, die hohes 2 besitzen (SM MC)
Skaliere die so erhaltene Verteilung an die Daten
Aber : elektromagnetischer Schauer aus Aber : elektromagnetischer Schauer aus 00
fluktuiert stark in Breite und Tiefefluktuiert stark in Breite und Tiefe „„fake“-fake“-ElektronElektron
mit „fake“-Elektronen angereicherter Datensatz
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QCD Skalierung (Vorselektion)QCD Skalierung (Vorselektion)
),(cos12 METelEEm TelTT
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EM Cal EM Cal
HAD Cal HAD Cal
QCD im DetektorQCD im Detektor
02
~ 1 GeV
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Vergleich: Daten <-> Monte Carlo (I)Vergleich: Daten <-> Monte Carlo (I)
),(cos12 METelEEm TelTT
mT > Summe SM Daten
150 GeV
397.1 ± 12.5
323
250 GeV
39.7 ± 1.6
37
350 GeV
7.0 ± 0.3 6
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Vergleich: Daten <-> Monte Carlo (II)Vergleich: Daten <-> Monte Carlo (II)
Gute Übereinstimmung zwischen Datenund SM Monte Carlo Vorhersage !
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Statistische Interpretation :Statistische Interpretation : „Binned Likelihood“ „Binned Likelihood“
Limit wird auf einen Quotienten angegeben :
intrecoXTrigX
XX LA
NB
,
W
WWTrigW
WTrigW
W
W NNA
A
B
B
',
,
N
i i
ni
iWAA
n
ebdNdd
NP
ii
W
W
1000 !
1)( '
),(),()(,
','
,
','
, WTrigW
WTrigW
WTrigW
WTrigW
A
A
A
A
WWii GNNGbbG
Poisson Statistik * Gaussische Fluktuation
ii
Wi bN
Normierung
Signal + Untergrund Ereignisse im Bin i
dP95.0
0
)(95.0Limit :
A : Geometrische Akzeptanz
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::: Carsten Magass ::: 22. August 2005 ::: Bad Honnef :::
LimitLimit
Vorläufiges Resultatdieser Analyse :mW‘ > 965 GeV @ 95% CL
Run I :mW‘ > 786 GeV @ 95% CL
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::: Carsten Magass ::: 22. August 2005 ::: Bad Honnef :::
Kandidat Kandidat
cmzz
cmz
evtx
vtx
04.0||
31.38
GeVmT 530
GeVE
GeVEelT
T
265
265
METMET
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::: Carsten Magass ::: 22. August 2005 ::: Bad Honnef :::
Zusammenfassung und AusblickZusammenfassung und Ausblick
W´
Erweiterung auf den vollen Run IIa Datensatz (08/2002 – 10/2005, ~ 1 fb-1) im neuen Datenformat Publikation Strategie für die Suche mit dem
CMS Detektor am LHC
Vorstellung der Suche nach W‘ Produktion am Tevatron mit dem DØ Detektor - Monte Carlo Studie - Elektronidentifikation und Ereignisselektion - Behandlung des QCD – Untergrundes - Statistische Methode Vorläufiges Resultat übertrifft Run I Limits
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::: Carsten Magass ::: 22. August 2005 ::: Bad Honnef :::
Ausblick : LuminositätAusblick : Luminosität
Shutdown
Effizienz : ~ 85 – 95 %
1 fb-1TeV
DØ
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::: Carsten Magass ::: 22. August 2005 ::: Bad Honnef :::
Ausblick : Run IIbAusblick : Run IIb Detektor - Upgrade Detektor - Upgrade Shutdown Shutdown (~ 31. Okt. 2005, 14 Wochen)(~ 31. Okt. 2005, 14 Wochen)
- Trigger UpgradeNeu : L1CAL, L1CALTRK Erweitert : L1CTT, L2STT, Lumi, L3/DAQ
- Layer 0 (Silicon)
Herausforderungen : Aus-/Wiedereinbau der Beampipe vollst. Demontage des alten L1CAL viele Arbeiten gleichzeitig sehr enger Zeitrahmen
Bs Mixing Sensitivity
blue : w/o Layer 0green : w/ Layer 0
dashed : no extra ratesolid : 50 Hz B physics only
Zeitauflösung : ~ 150 fs ~ 75 fs
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::: Carsten Magass ::: 22. August 2005 ::: Bad Honnef :::
BackupBackup
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::: Carsten Magass ::: 22. August 2005 ::: Bad Honnef :::
SolenoidDØ – DetektorDØ – Detektor
Szintillatoren des Myonsystems
SMT
CFT
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::: Carsten Magass ::: 22. August 2005 ::: Bad Honnef :::
VLPCVLPC
Visible Light Photon Counter
• quantum efficiency ~70 %• gain ~ 20000• rate capability > 10 MHz• noise < 0.1% @ full efficiency• manufactured in arrays of 8 circular pixels, each ø 1 mm• bias voltage 6.5 – 7.5 V• temperature 6.5 – 14 K crygenetic environment „cassettes“ with 128 arrays
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::: Carsten Magass ::: 22. August 2005 ::: Bad Honnef :::
²- Fit ans Schauerprofil²- Fit ans Schauerprofil
N
nj
nji
niij xxxx
NM
1
1
(1) Kovarianz – Matrix :
N : Anzahl der Referenzelektronenxi, xj : Variable (i,j = 1, ..., 7)
Geometrie 37 Matrizen
(3) Maß für Übereinstimmung zwischen einem realen EM Objekt und MC
MC Elektronen mit 10 GeV < E < 150 GeV
xxRxxRT
HMx
12
7
(2) Diagonalisierung vom M :
R : Matrix aus Eigenvektoren : Jordan‘sche Normalform (Matrix aus Eigenwerten)
1 RRM
TRRM M real, symm.
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::: Carsten Magass ::: 22. August 2005 ::: Bad Honnef :::
Jacobi - VerteilungJacobi - Verteilung
TT
am
T dmm
dke
md
dT
22
TamT
T
kemdm
d 2
TamT
TT
keamdm
dMAX
dm
d
2100
2
2!
aMmT
1
MmT
T
Tkemdm
d /2
W
W‘