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Massenbestimmung
           des Top-Quarks
       anhand der Zerfallslänge
           von B-Hadronen
         im CMS-Exper...
Inhalt

• CMS-Experiment

• Zerfallslängenmethode
                                                                        ...
Solenoid
                                             Myonkammern
                                                Eisenjoc...
Solenoid
                                             Myonkammern
                                                Eisenjoc...
Tracker                             Streifen   Pixel
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Tracker                             Streifen   Pixel
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Bild mit histogrammierten Zerfalsllängen
           bei m(t) = 170 GeV




   Generatorstudie
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Bild mit histogrammierten Zerfalsllängen
           bei m(t) = 170 GeV
             + Exponentialfit




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Bild mit histogrammierten Zerfalsllängen
           bei m(t) = 170 GeV
             + Exponentialfit




   Generatorstudie...
Bild mit histogrammierten Zerfalsllängen
für verschiedene Top-Massen inkl. Fits und Fit-Parameter




           Generator...
Kalibrationsgeraden zwischen
 Fit-Parameter und Top-Massen
       für 7 TeV und 10 TeV




Kalibrationsgerade
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Jet




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Bild mit histogrammierten Zerfalsllängen
           bei m(t) = 170 GeV




Detektorsimulation
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Bild mit histogrammierten Zerfalsllängen
bei m(t) = 170 GeV und eingezeichnetem Fit




   Detektorsimulation
     PYTHIA ...
Bild mit histogrammierten Zerfalsllängen
verschiedener Top-Massen, inkl. Fits und Fit-Parameter




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Kalibrationsgeraden zwischen
 Fit-Parameter und Top-Massen
       für 7 TeV und 10 TeV




Detektorsimulation
PYTHIA • 7 T...
Zusammenfassung  Ausblick
•   Verifizierung Methode als Generatorstudie
•   Abweichungen von Erwartung
•   Detektorsimulati...
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Diplomarbeitsvortrag auf der DPG Frühjahrstagung 2010

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Vortrag zu meinem Diplomarbeitsthema auf der DPG Frühjahrstagung 2010.

Veröffentlicht in: Bildung
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Diplomarbeitsvortrag auf der DPG Frühjahrstagung 2010

  1. 1. Massenbestimmung des Top-Quarks anhand der Zerfallslänge von B-Hadronen im CMS-Experiment Andreas Herten III. Physikalisches Institut B, RWTH Aachen DPG Frühjahrstagung 2010 GEFÖRDERT VOM
  2. 2. Inhalt • CMS-Experiment • Zerfallslängenmethode t b B∗ B D • B (stacked) 5 rel. Einheiten 10 104 • Generatorstudie 103 102 10 1 0 2 4 6 8 10 12 Lxy [cm] mt = 170 TeV rel. Einheiten • Rekonstruierte B-Jets 10-2 10-3 10-4 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 Lxy [cm] 2
  3. 3. Solenoid Myonkammern Eisenjoch HCAL ECAL Pixel-Tracker Streifen-Tracker Compact Muon Solenoid ø 15 Meter • 12.500 Tonnen • 3,8 Tesla Magnetfeld 3
  4. 4. Solenoid Myonkammern Eisenjoch HCAL ECAL Pixel-Tracker Streifen-Tracker Compact Muon Solenoid ø 15 Meter • 12.500 Tonnen • 3,8 Tesla Magnetfeld 3
  5. 5. Tracker Streifen Pixel Pixel Streifen Zylinder 3 Lagen 10 Lagen („Barrel“) (4, 7, 11 cm) (bis 130 cm) Endkappe je 2 pro Seite je 9 pro Seite („Endcap“) Anzahl 66 Millionen 9,6 Millionen 10 cm * 180 µm Abmessung 100 µm * 150 µm 25 cm * 180 µm Fläche 1 m² 200 m² Größter Siliziumdetektor der Welt (Fläche eines Tennisfelds) Auflösevermögen: • z: ± 20 µm • r-Φ: ± 10 µm • |η| 2,4 4
  6. 6. Tracker Streifen Pixel Pixel Streifen Zylinder 3 Lagen 10 Lagen („Barrel“) (4, 7, 11 cm) (bis 130 cm) Endkappe je 2 pro Seite je 9 pro Seite („Endcap“) Anzahl 66 Millionen 9,6 Millionen 10 cm * 180 µm Abmessung 100 µm * 150 µm 25 cm * 180 µm Fläche 1 m² 200 m² Größter Siliziumdetektor der Welt (Fläche eines Tennisfelds) Auflösevermögen: • z: ± 20 µm • r-Φ: ± 10 µm • |η| 2,4 4
  7. 7. Jet b W+ t p W− ¯ t p ¯ b Top-Zerfall 5
  8. 8. Jet b W+ t p W− ¯ t p ¯ b Rekonstruktion Top-Masse übliche Vorgehensweise 6
  9. 9. Jet b W+ t p W− ¯ t p ¯ b Rekonstruktion Top-Masse übliche Vorgehensweise 6
  10. 10. leptonisch Jet µ+ W+ b W-Boson: νµ • dileptonisch • semileptonisch • vollhadronisch t Kenntnisse aller Zerfallsprodukte p Jet Kalorimeter-Information notwendig q ¯ → Systematische Unsicherheiten ¯ νe + hadronisch W− ¯ t W (Jet-Energie-Skala: 10%) p q e− Jet ¯ b Rekonstruktion Top-Masse übliche Vorgehensweise 7
  11. 11. leptonisch Jet µ+ W+ b W-Boson: νµ • dileptonisch • semileptonisch • vollhadronisch t Kenntnisse aller Zerfallsprodukte p Jet Kalorimeter-Information notwendig q ¯ → Systematische Unsicherheiten ¯ νe + hadronisch W− ¯ t W (Jet-Energie-Skala: 10%) p q e− Jet ¯ b Rekonstruktion Top-Masse übliche Vorgehensweise 7
  12. 12. Jet b µ+ W+ t p νµ ¯ νe W− ¯ t p e− ¯ b Rekonstruktion Top-Masse Zerfallslängenmethode Unabhängig von der JES! 8
  13. 13. Jet b µ+ W+ t p νµ ¯ νe W− ¯ t p e− ¯ b Rekonstruktion Top-Masse Zerfallslängenmethode Unabhängig von der JES! 8
  14. 14. t b B ∗ B D Zerfall: instantan Lebensdauer: −12 τ = 1,574 · 10 ¯ s ¯ Zerfallslänge: L = 0,472 mm Zerfallslängenmethode 9
  15. 15. t b B ∗ B D Ruhe Boost durch Top-Masse L = cτ L = cτ βγ Zerfallslängenmethode Messe Zerfallslänge L → messe Top-Masse mt 10
  16. 16. t b B ∗ B D Ruhe Boost durch Top-Masse mt L = cτ L = cτ βγ ≈ 0,4cτ β mb Zerfallslängenmethode Messe Zerfallslänge L → messe Top-Masse mt 10
  17. 17. t b B ∗ B D Ruhe Boost durch Top-Masse mt L = cτ L = cτ βγ ≈ 0,4cτ β ⇒ L ∼ mt mb Zerfallslängenmethode Messe Zerfallslänge L → messe Top-Masse mt 10
  18. 18. t b B ∗ B D Ruhe Boost durch Top-Masse mt L = cτ L = cτ βγ ≈ 0,4cτ β ⇒ L ∼ mt mb ¯ L = 0,47 mm ¯ L ≈ 8 mm Zerfallslängenmethode Messe Zerfallslänge L → messe Top-Masse mt 10
  19. 19. aktuelles ? t- ? b- Generator- Interna Teilchen Quark Quark 2 1 vertex( 1 )- bel. ! B- ? vertex( 2 ) Tochter Meson 1 Lxy ! ? ? B- B*- Meson Meson = alle Töchter Generatorstudie Strategie 11
  20. 20. Bild mit histogrammierten Zerfalsllängen bei m(t) = 170 GeV Generatorstudie PYTHIA • 7 TeV • ~1 Mio. Events 12
  21. 21. Bild mit histogrammierten Zerfalsllängen bei m(t) = 170 GeV + Exponentialfit Generatorstudie PYTHIA • 7 TeV • ~1 Mio. Events 13
  22. 22. IG Zerfallslängen von Zerfallslängen von Zerfallslängen von B0 B+ Bs Plot mit stacked Histogrammen der obigen verschiedenen B-Mesonen, farblich kodiert. Warum keine Exponentialfunktion? Überlagerung verschiedener B-Mesonen • Annahme β = 1 14
  23. 23. Bild mit histogrammierten Zerfalsllängen bei m(t) = 170 GeV + Exponentialfit Generatorstudie PYTHIA • 7 TeV • ~1 Mio. Events 15
  24. 24. Bild mit histogrammierten Zerfalsllängen für verschiedene Top-Massen inkl. Fits und Fit-Parameter Generatorstudie PYTHIA • 7 TeV • ~1 Mio. Events 16
  25. 25. Kalibrationsgeraden zwischen Fit-Parameter und Top-Massen für 7 TeV und 10 TeV Kalibrationsgerade 17
  26. 26. Jet b µ+ W+ t p νµ ¯ νe W− ¯ t p e− ¯ b Rekonstruktion Top-Masse Detektorsimulation 18
  27. 27. Jet b µ+ W+ t p νµ ¯ νe W− ¯ t p e− ¯ b Rekonstruktion Top-Masse Detektorsimulation 18
  28. 28. Jet b µ+ W+ Dileptonischer Kanal: 2 B-Jets p t νµ ¯ νe W− ¯ t p e− ¯ b Rekonstruktion Top-Masse Detektorsimulation 18
  29. 29. Jet b µ+ W+ Dileptonischer Kanal: 2 B-Jets p t νµ ¯ νe W− ¯ t p e− ¯ b Rekonstruktion Top-Masse Detektorsimulation 18
  30. 30. aktueller Jet Dileptonisch B-Tag ? höchster ? 2. höchster Lxy B-Tag B-Tag (je) Primärvtx B-Jet 1 B-Jet 2 - Sekundärvtx B-Jet-Matching Strategie (Detektorsimulation) 19
  31. 31. Bild mit histogrammierten Zerfalsllängen bei m(t) = 170 GeV Detektorsimulation PYTHIA • 7 TeV • ~1 Mio. Events 20
  32. 32. Bild mit histogrammierten Zerfalsllängen bei m(t) = 170 GeV und eingezeichnetem Fit Detektorsimulation PYTHIA • 7 TeV • ~1 Mio. Events 21
  33. 33. Bild mit histogrammierten Zerfalsllängen verschiedener Top-Massen, inkl. Fits und Fit-Parameter Detektorsimulation PYTHIA • 7 TeV • ~1 Mio. Events 22
  34. 34. Kalibrationsgeraden zwischen Fit-Parameter und Top-Massen für 7 TeV und 10 TeV Detektorsimulation PYTHIA • 7 TeV • ~1 Mio. Events 23
  35. 35. Zusammenfassung Ausblick • Verifizierung Methode als Generatorstudie • Abweichungen von Erwartung • Detektorsimulation (begonnen) • Detekorsimulation (weiter) • Implementierung Dileptonselektion (vgl. T38.1, T40.2) • Fehlerabschätzungen Vielen Dank! herten@physik.rwth-aachen.de 24

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