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Measurement of the branching fractions of the Tau into leptons with L3 detector at LEP

by Ziegler, Frank

Abstract (Summary)
In dieser Arbeit werden die Zerfälle des schwersten bekannten Leptons, des Tau, in die beiden leichteren Leptonen, Elektron oder Muon, untersucht. Die durch Elektron-Positron-Annihilation am LEP-Speicherring entstehenden Tau-Paare werden ausgewertet, um die Verzweigungsverhältnisse B_{l=e,\mu} = \frac{\Gamma(\tau\to\nu_\tau l\bar{\nu}_l)}{\Gamma_{tot}} zu bestimmen. Die Analyse erfolgt für die gesamte bei LEP~I mit dem L3-Detektor auf der Z-Resonanz aufgezeichnete Datenmenge. Aus über 160000 selektierten Tau-Zerfällen werden die leptonischen Zerfälle identifiziert und die leptonischen Verzweigungsverhältnisse gemessen: B_e = (17.806 \pm 0.104_{stat} \pm 0.076_{sys}) B_\mu = (17.342 \pm 0.110_{stat} \pm 0.067_{sys}) Das daraus bestimmte Verhältnis der Kopplungen von Elektron und Muon im geladenen schwachen Strom \frac {g_\mu}{g_e} = 1.0007 \pm 0.0051 stimmt ausgezeichnet mit der aus dem Standardmodell entsprechend der angenommenen Lepton-Universalität erwarteten Gleichheit der Kopplungen überein. Durch Vergleich der Verzweigungsverhältnisse mit der im Stan dardmodell berechneten leptonischen Zerfallsbreite \Gamma (\tau\to\nu_\tau l\bar{\nu}_l) wird ein Wert für die Tau- Lebensdauer bestimmt, der mit der direkten Messung sehr gut verträglich ist. Unter Hernahme der direkten L3-Messung der Tau-Lebensdauer wird die Universalität der Kopplungen am Wl\bar{\nu}_l-Vertex für g_\tau/g_\mu und g_\tau/g_e mit einer Genauigkeit von 6 Promille bestätigt. Aus dem Verhältnis der hadronischen zur leptonischen Zerfallsbreite des Tau wird die Kopplungskonstante der starken Wechselwirkung gemessen: \alpha_s(m_\tau)=0.324~\ pm~0.009_{Experiment}~\pm~0.017_{Theorie}Der daraus zur Masse des Z-Bosons extrapolierte Wert\alpha_s(m_\mathrm{Z}) = 0.1191~\pm~0.0009_{Experiment}~\pm~0.0019_ {Theorie}ist in exzellenter Übereinstimmung mit den direkten Messungen und bestätigt die von der QCD vorhergesagte Energieabhängigkeit der Kopplungskonstante. Die Masse m_{\nu_\tau} des Tau-Neutrinos läßt sich aus dem Vergleich der gemessenen mit einer für m_{\nu_\tau} berechneten leptonischen Zerfallsbreite begrenzen auf:m_{\ nu_ \tau} < 107 MeV (mit 95% Wahrscheinlichkeit)\end {eqnarray*} Das Verhältnis aus B_\mu und B_e ist sensitiv auf die Kopplungen an ein geladenes Higgs-Dublett und liefert eine Grenze für die Masse des geladenen Higgs-Bosons von m_{H^{\pm}} > 1.0 \tan \beta GeV (mit 95% Wahrscheinlichkeit) Hierbei ist \tan \beta das Verhältnis der Vakuumerwartungswerte beider Higgs-Dubletts.
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Bibliographical Information:

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School:Humboldt-Universität zu Berlin

School Location:Germany

Source Type:Master's Thesis

Keywords:Physik, Astronomie Physik

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Date of Publication:04/20/2000

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