Volker Adler (DESY) DPG-Frühjahrstagung – Teilchenphysik, Berlin, 2005 1

Ereignisse mit isolierten Leptonen Ereignisse mit isolierten Leptonen bei großem fehlenden bei großem fehlenden

Transversalimpuls mit dem ZEUS-Transversalimpuls mit dem ZEUS-Experiment (HERA II)Experiment (HERA II)

InhaltInhalt– EinführungEinführung

● HERA und ZEUSHERA und ZEUS● Quellen isolierte Leptonen bei HERAQuellen isolierte Leptonen bei HERA● Bisherige ErgebnisseBisherige Ergebnisse

– AnalyseAnalyse● EreignistopologieEreignistopologie● Daten und Monte CarloDaten und Monte Carlo● EreignisselektionEreignisselektion

– ZusammenfassungZusammenfassung

Ereignisse mit isolierten Leptonen bei großem fehlenden Transversalimpuls mit dem ZEUS-Experiment (HERA II)

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EinführungHERA und ZEUS

● HERA:ep-Speicherringanlage mit√s = 318 GeV und L = 75 nb-1s-1

zur Erforschung der Protonstruktur

● ZEUS:typischer Mehrzweckdetektor mit– Spurdetektoren– Kalorimetrie– Myonsystem

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EinführungQuellen isolierter Leptonen bei HERA (SM)

Erzeugung einzelner W-Bosonen

Wirkungsquerschnitt bei HERA:σ = 1.16 pb

Signatur:– leptonischer W-Zerfall:

● isoliertes Lepton● fehlendes p

T

– hadronischer W-Zerfall:● 2 Jets

Erzeugung einzelner t-Quarks

– Baumdiagramme:● nur CC● σ ≈ 1 fb

– (Ein-)Schleifendiagramme:● auch NC möglich

(SM FCNC)● verschwindendes σ

aber...

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EinführungQuellen isolierter Leptonen bei HERA (BSM)

Eine Anreicherung des FCNC wird für einige Theorien jenseits des SM vorhergesagt, z.B.:– R-Parität-verletzende SUSY

(Slepton-Austausch)– Multi-Higgs-Dublett-Modelle

(Austausch eines geladenen H)

– Exotische Quarks→ GUT, Stringtheorien(Misching mit t)

Wirkungsquerschnitt– variiert abhängig von der

Stärke der anomalen Kopplung

→ σ = ~ 10-3 ... 10+1 pb

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EinführungBisherige Ergebnisse

● ZEUS: Phys.Lett.B559,153-170(2003), Phys.Lett.B583,41-58(2004)● H1: Phys.Lett.B561,241(2003), H1prelim-04-061, H1prelim-04-163

(incl. update)

ZEUS H1p_T,hadr > 25 GeV 130.1 pb-1 53 pb-1

exp. (SM)e exp. (W) 45% 85% 69%

obs. 2 5 5

exp. (SM)m exp. (W) 50% 89% 74%

obs. 5 6 0

exp. (SM) ---t exp. (W) 50% 49% ---

obs. 2 0 ---

H1 (HERAII)

118.4 pb-1 (t: 108 pb-1)

2.90+0.59-0.32 1.49+-0.18 0.84+-0.19

2.75+0.21-0.21 1.44+-0.18 0.85+-0.13

0.20+-0.03 0.53+-1.36

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AnalyseEreignis-Topologie der Erzeugung einzelner

t-Quarks

isolierte Spur

großer fehlenderTransversalimpuls(p

T)

Jet, der zu großem pT,hadr.

führt

Keine andere Ereignisklasse bei HERA besitzt diese Topologie!

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AnalyseDaten und Monte Carlo

● Datensatz:2003/04 ZEUS e+p data (40.59 pb-1)

● Monte Carlo (MC):Signal:– Erzeugung einzelner t-Quarks: m

t = 175 GeV

Untergrund:– Neutrale Ströme (NC): Q² > 100 GeV²– Geladene Ströme (CC): Q² > 100 GeV²– Erzeugung einzelner W-Bosonen: DIS/res. W+/W-

– Noch hinzuzufügen:● Di-Lepton: Bethe-Heitler-Prozess● Photoproduktion (geringer Beitrag erwartet)● weitere NC/CC MC (erhöhte Auflösung für große Q2)

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AnalyseVorselektion

Trigger:● CC

Unterdrückung von Nicht-ep-Ereignissen:

● Vertex- und Spurqualität● Kalorimeter-Timing (nur Daten)● Unterdrückung atmosphärischer

Myonen● Unterdrückung von unphysikalischen

lokalisierten Energiedepositionen● Unterdrückung von p-Gas-WW in

Ereignissen mit hohem pT

Ereigniskinematik:● p

T > 15 GeV (s. Topologie)

● yJB

> 0.2 (verbessert Sig./Untergr.)

MC: 780; Daten: 714

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AnalyseHauptselektion

≥ 1 isolierte Spur:● vertex-gefittet● hohes p

T

● Streuwinkel kleiner als für gestreute e+ am wahrscheinlichsten

● isoliert gegen Jets und andere Spuren

MC: 37,8; Daten: 13

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AnalyseHauptselektion

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AnalyseEndselektion

Kinematik:● p

T > 20 GeV

Leptonabhängige Selektion:● e: E-p

z < 47 GeV

● m: pT,miss > 10 GeV● hadr.: e-Unterdrückung

MC: 6,99; Daten: 5 (Beispiele)

t-Selektion:● starke hadronische Aktivität

MC: 5,83; Daten: 1

→ keine Überschüsse

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AnalyseElektronkandidat

(t-Selektion)

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AnalyseMyonkandidat

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AnalyseTauonkandidat

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Zusammenfassung

● Beide HERA-Experimente haben in der Vergangenheit Überschüsse bei isolierten Leptonen mit großem fehlenden Transversalimpuls in verschiedenen Kanälen beobachtet.→ Hinweise auf Physik jenseits des Standardmodells?

● Aktuelle Analysen mit der höheren HERA II-Luminosität sollen die Signifikanz dieser Überschüsse verifizieren.

● Eine ZEUS-Analyse der aktuellen HERA II-Daten hat bisher keinen weiteren Überschuss erkennen lassen.

Pläne:● Verfeinerung der Analyse:

– t-Identifikation– b-Identifikation

● Einbeziehen weiterer Daten● Setzen von Grenzen auf Erzeugung einzelner t-Quarks