Measurement of the top quark mass with the matrix element method in the semileptonic decay channel at D0 [Elektronische Ressource] / vorgelegt von Petra Haefner

Petra Haefner

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• Physik

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• Publié par: ludwig-maximilians-universitat_munchen
• Publié le: 01 janvier 2008
• Nombre de lectures: 21
• Langue: Deutsch
• Poids de l'ouvrage: 2 Mo

Extrait

DISSERTATION
Fakulta¨t fu¨r Physik
Ludwig-Maximilians-Universita¨t
Mu¨nchen
MEASUREMENT
OF THE
TOP QUARK MASS
WITH THE
MATRIX ELEMENT METHOD
IN THE
SEMILEPTONIC DECAY CHANNEL
AT D0
–e
–W
ν
q
t
bg
b
tq
u
+W
d
vorgelegt von
PETRA HAEFNER
geboren in
Mu¨nster i. Westf.
Mu¨nchen, 31. Juli 2008i
Erstgutachter: Prof. Dr. Otmar Biebel
Zweitgutachter: Prof. Dr. Christian Kiesling
mu¨ndliche Pru¨fung: 30. September 2008iiiii
”Miss alles, was sich messen la¨sst,
und mach alles messbar, was sich nicht messen la¨sst.”
Galileo Galilei
italienischer Physiker und Astronom
(1564 - 1642)ivv
IN MEMORIAM,
Maria-Theresia Haefner
(1947-2008)vivii
Zusammenfassung
Das Top-Quark spielt eine besondere Rolle im Standardmodell der Elementarteilchenphysik. Mit
seiner enormen Masse von etwa 170 GeV ist es fast so schwer wie ein Goldatom und hat als einziges
Quark eine Masse in der Na¨he der elektroschwachen Skala. Die Massen des W -Bosons und des
Top-Quarks erlauben gemeinsam Ru¨ckschlu¨sse auf die Masse des vorhergesagten Higgs-Bosons zu
ziehen, das unter Umsta¨nden die Frage nach dem Ursprung der Masse selbst beleuchten kann.
± ∓ ¯ ¯Die Top Paarproduktion mit einem semileptonischen Zerfall tt¯→ W W bb→ qq¯ l bb ist auf-
grund des guten Verzweigungsverha¨ltnisses und der relativ niedrigen Verunreinigung durch Unter-
grundereignisse verglichen mit anderen Zerfallskana¨len der ”goldene Kanal” in der Bestimmung der
Top-Masse. Die Messungen der Top-Masse, welche auf diesem Zerfall basieren und mit der Matrix-
Element-Methode durchgefu¨hrt wurden, geho¨rten schon immer zu den besten Einzelmessungen welt-
weit. Im Jahr 2007 hat der Weltmittelwert der Top-Masse erstmals eine Genauigkeit von besser als
1% erreicht und wird nicht mehr durch die statistische Unsicherheit sondern durch systematische Un-
sicherheiten dominiert. Daher kommt der Verringerung der systematischen Unsicherheiten nun eine
Schlu¨sselrolle bei der weiteren Verbesserung der Top-Massen Bestimmung zu.
In dieser Arbeit werden zwei neue Entwicklungen in der Behandlung von b-Jets vorgestellt. Die
erste Verbesserung stellt eine Optimierung der Art und Weise dar, wie Informationen aus der b-
Identifikation verwendet werden. Dadurch wird die Separation zwischen Signal- und Untergrundpro-
zessen verbessert und die statistische Unsicherheit um ca. 16% verringert. Die zweite Verbesserung
bestimmt Unterschiede in der Detektorantwort - und damit der Jet-Energieskala - zwischen leichten
Jets und b-Jets. Damit zielt sie auf die Verringerung der Hauptquelle der systematischen Unsicherheit
in den letzten Top-Massen Messungen ab.
Die Methode wurde mit Hilfe von Monte-Carlo-Ereignissen auf Generatorniveau validiert, mit
vollsimulierten Ereignissen, die eine vollsta¨ndige Detektorsimulation durchlaufen haben, kalibriert
−1und schließlich auf echte Daten angewendet, die einer integrierten Luminosita¨t von 1 fb entspre-
chen. Mo¨gliche Ursachen systematischer Unsicherheiten wurden untersucht. Die Top-Massen Mes-
sung ergibt:
m = (169.2± 3.5(stat.)± 1.0(syst.)) GeV.t
Gleichzeitig wurden auch ein Skalierungsfaktor der Jet-Energieskala fu¨r leichte Jets und ein separa-
ter Skalierungsfaktor fu¨r b-Jets bestimmt. Sie wurden gemessen als 1.038± 0.023 beziehungsweise
1.056± 0.045. Dieses Ergebnis deutet darauf hin, dass die nominelle D0 Jet-Energieskala, die auf
¯+Jets Ereignissen bestimmt wurde, die Energie sowohl von leichten Jets als auch von b-Jets in tt-
Zerfa¨llen unterscha¨tzt. Die verbesserte Analyse verringerte die gro¨ßte systematische Unsicherheit,
die Jet-Energieskala von b-Jets, von ca. 800 MeV auf etwa 150 MeV.
gnviii