DØ - Physik, Aktivitäten in Mainz

Suche nach dem Higgs-Boson

 

Von allen Teilchen im Standardmodell ist das Higgs-Boson das einzige, das noch nicht experimentell beobachtet wurde. Dennoch spielt es eine entscheidende Rolle in der zugrundeliegenden Theorie, weil es eine Möglichkeit bietet, die Massen der Elementarteilchen zu beschreiben. Wenn das Standardmodell-Higgs-Boson existiert, dann deuten direkte Ausschlussgrenzen und indirekte Einschränkungen darauf hin, dass eine Beobachtung an den Tevatron-Experimenten CDF und D0 möglich sein könnte.

Die Masse des Higgs-Bosons ist nicht bekannt, und sowohl der Produktionswirkungs-querschnitt als auch die Zerfallsverzweigungsverhältnisse hängen von seiner Masse ab.

      

 

 

Für Higgs-Massen oberhalb von etwa 135 GeV wird der Zerfallskanal H->WW dominant.  Die Mainzer Gruppe arbeitet an diesem Kanal, insbesondere am Zerfall in Ereignisse mit Leptonen im Endzustand, die einfach im Trigger zu identifizieren sind und nur einen kleinen Untergrund haben.

 

Fortgeschrittene Analyse-Algorithmen 

 

Während die Rekonstruktion der Daten aus Collider-Experimenten, z.B. von Spuren oder Jets, oft auf komplizierten Algorithmen basiert, werden zur Analyse der rekonstruierten Ereignisse oft sehr viel einfachere Techniken herangezogen - selbst in Fällen, wo fortgeschrittene Methoden eine signifikante Verbesserung ergeben könnten.  Ein Beispiel ist die Messung der Masse des Top-Quarks an den Tevatron-Experimenten CDF und D0: Die sogenannte Matrix-Element-Methode, entwickelt von D0 zur Analyse der Daten aus den 1990er Jahren, führte zu einer Verringerung der statistischen Messunsicherheit, wie man sie mit den Standardmethoden erst bei einem mehr als doppelt so großen Datensatz erwartet hätte.  Seither ist die Matrix-Element-Methode sehr erfolgreich in einer ganzen Reihe von Messungen sowohl bei CDF als auch bei D0 angewendet worden.

 

Die Mainzer Gruppe arbeitet an der Verallgemeinerung der Methode, so dass sie für weitere Reaktionen angewendet werden kann, und an ihrer Anpassung an die veränderte experimentelle Situation beim ATLAS-Experiment am LHC-Collider.

 

Suche nach Supersymmetrie

 

Viele Theorien, die über das Standardmodell der Teilchenphysik hinausgehen, postulieren eine Symmetrie zwischen Fermionen und Bosonen, die Supersymmetrie genannt wird.  Diese Symmetrie kann nicht exakt sein, da supersymmetrische partner der Standardmodell-Teilchen noch nicht beobachtet wurden.  Es ist aber denkbar, dass die Symmetrie gebrochen ist und dass diese supersymmetrischen Partner Massen in der Größenordnung von 100 GeV und mehr  haben.  Wenn das der Fall ist, könnte die Produktion supersymmetrischer Teilchen an den Tevatron-Experimenten CDF und D0 beobachtbar sein.

Die Mainzer Gruppe beteiligt sich aktiv an der Suche nach Paarproduktion von Charginos und Neutralinos, die über Kaskaden in Endzustäne mit drei geladenen Leptonen (die im Detektor gemessen werden) und supersymmetrische Teilchen (die nicht direkt nachweisbar sind) zerfallen.  Die resultierende Topologie mit drei geladenen Leptonen und fehlender Transversalenergie ist eine markante Signatur mit sehr kleinem Untergrund aus Standardmodell-Prozessen.

 

 
 

Bs-Mischung

Eines der Rätsel des Universums ist die Existenz von Materie und die Abwesenheit signifikanter Mengen von Antimaterie.  Es scheint in der Natur keine komplette Symmetrie zwischen Materie und Antimaterie zu geben.  Die Eigenschaften der schwachen Wechselwirkung lassen eine solche Asymmetrie zu.  Sie steht in Beziehung zu der Tatsache, dass periodische Oszillationen zwischen einem Teilchen und seinem dazugehörigen Antiteilchen in manchen speziellen Fällen, wie den K-oder B-Mesonen, möglich sind.

 


Feynman-Diagramme, die die Oszillation zwischen B- und anti-B-Mesonen
beschreiben.


Während solche Oszillationen für Bd-Mesonen bereits in den 1980er Jahren beobachtet wurden, ist die Oszillation von Bs-Mesonen sehr viel schneller und konnte erst kürzlich an den Tevatron-Experimenten beobachtet werden.

Die Mainzer Gruppe hat an der vollständigen Rekonstruktion von hadronischen Bs-Zerfällen gearbeitet.  Diese Methode hat den großen Vorteil, dass sie die eindeutige Bestimmung der Zerfallszeit des Bs-Mesons erlaubt.