Search for second-generation leptoquarks in pp̄ collisions [Elektronische Ressource] / vorgelegt von Tim Christiansen

Christiansen, Tim

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• Physik

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• Publié par: ludwig-maximilians-universitat_munchen
• Publié le: 01 janvier 2003
• Nombre de lectures: 27
• Langue: Deutsch
• Poids de l'ouvrage: 2 Mo

Extrait

Search for
Second Generation Leptoquarks
in pp¯ Collisions
Dissertation der Fakultät für Physik
der
Ludwig Maximilians Universität München
vorgelegt von / submitted by
Tim Christiansen
geboren in / born in Schleswig
München, den 23. Dezember 2003st1. Gutachterin / 1 referee: Prof. Dr. Dorothee Schaile
nd2. Gutachter / 2 Prof. Dr. Wolfgang Dünnweber
Tag der mündlichen Prüfung /
date of oral exam: 16. März 2004Zusammenfassung
In diesem Dokument wird die Suche nach Leptoquarks der zweiten Generation (LQ )2
in Proton Antiproton Kollisionen beschrieben, die mit dem DØ Detektor am TeVatron
Beschleuniger aufgezeichnet wurden. Im Zeitraum von September 2002 bis Juni 2003
−1wurde eine integrierte Luminosität von rund 114pb bei einer Schwerpunktsenergie von
√
s= 1.96TeV gesammelt.
Die Vorhersagen des Standardmodells der Teilchenphysik und darüber hinausgehen
der Modelle mit skalaren Leptoquarks wurden mit den Daten verglichen. Da kein Über-
schuss an Daten über der Standardmodellvorhersage beobachtet werden konnte, wurde
unter der Annahme, dass zu 100% in geladene Leptonen und Quarks zer-
=1
fallen ( = BF(LQ → μ j)= 100%), eine untere Schranke von M > 200GeV (95%2 LQ2
C.L.) für die Masse von skalaren Leptoquarks der zweiten Generation ermittelt. Die
=1/2
entsprechende Ausschlussgrenze für = 1/2 liegt bei M > 152GeV.LQ2
Schließlich wurden die Resultate mit den Ergebnissen einer Suche im gleichen Kanal
=1
bei DØ Run I kombiniert. Diese Kombination liefert die Ausschlussgrenzen M >LQ2
222GeV (177GeV) für = 1 (1/2) und ist somit für = 1 das zur Zeit beste Ergebnis
für skalare Leptoquarks der zweiten Generation eines einzelnen Experimentes.
Abstract
This document describes the search for second generation leptoquarks (LQ ) in around2
−1114pb of pp¯ collisions, recorded with the DØ detector between September 2002 and
√
June 2003 at a centre of mass energy of s = 1.96TeV. The predictions of the Stan
dard Model and models including scalar leptoquark production are compared to the data
for various kinematic distributions. Since no excess of data over the Standard Model
=1
prediction has been observed, a lower limit on the leptoquark mass of M > 200GeVLQ2
has been calculated at 95% confidence level (C.L.), assuming a branching fraction of
= BF(LQ → μ j)= 100% into a charged lepton and a quark. The corresponding limit2
=1/2
for = 1/2 is M > 152GeV.LQ2
Finally, the results were combined with those from the search in the same channel at
=1
DØ Run I. This combination yields the exclusion limit of M > 222GeV (177GeV) forLQ2
= 1 (1/2) at 95% C.L., which is the best exclusion limit for scalar second generation
leptoquarks (for = 1) from a single experiment to date.
bbbbbbbbbbbbbbContents
1 Introduction 1
2 Introduction to a World with Leptoquarks 4
2.1 The Standard Model and Beyond . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2.1.1 The Standard Model and its Limitations . . . . . . . . . . . . . . 4
2.1.2 Leptoquarks in Grand Unified Theories . . . . . . . . . . . . . . 5
2.1.3 Superstring Inspired E Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
2.1.4 Leptoquark like Couplings inR Parity violating
Supersymmetry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.2 The Effective Leptoquark Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.3 Leptoquark Production and Decay . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.4 Summary of Experimental Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
3 The TeVatron and the DØ Detector 22
3.1 The TeVatron . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.1.1 The TeVatron Accelerator Complex . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.2 The DØ Detector . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.2.1 The Tracking System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.2.2 The Calorimeter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.2.3 The Muon System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
IIIIV Contents
4 The Level 2 Trigger System of the Forward Muon Spectrometer 36
4.1 The Hardware of the Level 2 Muon Trigger . . . . . . . . . . . . . . . . 38
4.2 The Tracking Algorithms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
4.2.1 The SLIC Software Framework . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
4.2.2 Track Finding in the Forward System . . . . . . . . . . . . . . . 41
4.2.3 The Look up Tables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
4.2.4 Definition of Level 2 Muon Objects . . . . . . . . . . . . . . . . 47
5 Performance of the L2 Muon Trigger 48
5.1 Efficiency . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
5.2 Rejection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
6 Data Sample, Triggers and Event Reconstruction 56
6.1 The DØ Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
6.2 The Monte Carlo Samples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
6.3 Event Reconstruction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
6.3.1 Muon Reconstruction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
6.3.2 Jet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
6.3.3 Simple Correction of Mismeasured Muon Momenta . . . . . . . 60
6.4 Trigger and Reconstruction Efficiencies . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
6.4.1 Tracking Efficiency . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
6.4.2 Trigger and Muon Identification . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
6.4.3 Isolation Efficiency . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
7 Search for Second Generation Leptoquarks inμμ+ jets Events 72
7.1 Di Muon Events: Luminosity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
7.1.1 Estimate of the Integrated Luminosity . . . . . . . . . . . . . . . 72
7.1.2 Systematic Errors of the . . . . . . . . . . . . . . . . 74
7.2 The μ j+ μ j Selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
7.2.1 Jets in Drell YanZ Events . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
7.2.2 Di Muon and Di Jet Events in a Cut Based Analysis . . . . . . . 79
7.2.3 A Neural Network Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
7.2.4 Systematic Uncertainties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
7.2.5 Signal Efficiency . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90Contents V
8 Cross Section Limits for Scalar Leptoquark Production 95
8.1 Calculation of the Run II Limits for Scalar Leptoquarks . . . . . . . . . . 95
8.1.1 Combination of Limits with Run I Results . . . . . . . . . . . . . 96
8.1.2 Outlook to higher Integrated Luminosities . . . . . . . . . . . . . 99
9 Conclusion 103
A The Forward SLIC Algorithms of the Level 2 Muon Trigger 105
A.1 The Forward BC Algorithm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
B Calculation of Confidence Limits 108
C Event Displays of Highly Energeticμμ+≥ 2 j Events 110
Bibliography 114
Acknowledgements 121
Curriculum Vitae 123