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Search for neutral higgs bosons in e+e- collisions

by Raspereza, Alexei

Abstract (Summary)
Diese Arbeit beschreibt die Suche nach dem Higgs Boson, welches in vielen theoretischen Modellen der Teilchenphysik vorhergesagt wird. Das Higgs Boson ist die Konsequenz der spontanen Symmetriebrechung, welche den Teilchen Masse verleiht. Zur Suche werden e+e- Annihilationen bei Schwerpunktenergien bis 209 GeV analysiert, welche vom Experiment L3 am Speicherring LEP in den Jahren 1998 bis 2000 registriert wurden. Die Suche erfolgte in allen relevanten Endzustaenden, wobei der Endzustand mit vier hadronischen Jets im Detail behandelt wird. Die Daten werden mit den Erwartungen eines Signals in verschiedenen Modellen bei Beruecksichtigung der bekannten Untergrundprozesse verglichen oder es wird modellunabhaengig nach der Erzeugung skalarer Teilchen gesucht. Die Produktion von Higgs Bosonen konnte nicht nachgewiesen werde. Die Daten wurden daher benutzt, um neue Grenzen fuer Parameter der Modelle oder der Kopplungen zu setzen. Als erstes wird die Suche nach dem Higgs Boson im Standard Modell der elektroschwachen Wechselwirkung beschrieben. Die Produktion des Higgs Bosons wird bei LEP Energien ueber die Higgs-Strahlung und der Zerfall des Higgs Bosons in ein Paar von b-Quarks vorhergesagt. Die Analysen beruhen daher wesentlich auf der Erkennung von B-Hadronen. Der HZ->qqqq Endzustand wird im Detail untersucht, und die Ergebnisse werden mit den anderen Kanaelen : HZ->qqvv, HZ->qql+l- und HZ->tau+tau- qq kombiniert. Die untere Massengrenze fuer das Higgs Boson wird zu mH > 112.0 GeV auf 95% Vertrauensniveau, bestimmt. Ausserdem werden Grenzen auf die HZZ Kopplung abgeleitet. Im minimalen supersymmetrischen Modell (MSSM) werden fuenf Higgs Bosonen vorhergesagt. Zur Higgs-Strahlung kommt die Paarproduktion von Higgs Bosonen, e+e- -> hA , hinzu. Die Ergebnisse der Suche im Standard Modell werden durch die Suche in den Endzustaenden bb tau+tau- (tau+tau- bb), bbbb und hZ->AAqq ergaenzt. Im Rahmen von drei Standard-Szenarien, benannt als "mh-max", "no mixing" und "large-mu" werden untere Grenzen auf die Higgs Boson Massen von mh > 84.5 GeV und mA > 86.3 GeV fuer tan(beta) > 0.7 abgeleitet. Weiterhin werden im "mh-max" Szenario 0.55 < tan(beta) < 2.2, im "no mixing" Szenario 0.4 < tan(beta) < 4.9, und im "large-mu" Szenario 0.7 < tan(beta) < 6.2 ausgeschlossen. Eine modellunabhaengige Suche nach dem Prozess e+e- -> hZ wird fuer den vier-Jet Endzustand durchgefuehrt. In Kombination mit den Ergebnissen von den anderen Kanaelen werden Grenzen fuer die hZZ Kopplung bestimmt. Wird die hZZ Kopplung auf den Wert im Standard Modell gesetzt und der Zerfall des Higgs Bosons zu 100% in Hadronen angenommen, ergibt sich als Grenze der Higgs Boson Masse, mh > 97 GeV. Modellunabhaengige obere Grenzen fuer die hAZ Kopplung werden aus der Suche nach der Paarerzeugung von Higgs Bosonen in den Kanaelen hA->qqqq und hA->qq tau+tau- in Abhaengigkeit von den Higgs Boson Massen abgeleitet. Die Resultate aus der Kombination aller LEP Experimente werden fuer die oben genannten Analysen vorgestellt. Die Perspektiven der Higgs Boson Suche an den TEVATRON und LHC Speicherringen werden diskutiert und die Higgs Boson Physik an kuenftigen e+e- Linearbeschleunigern behandelt. Ein Linearbeschleuniger wie TESLA waere ideal fuer Untersuchungen eines leichten Higgs Bosons. Fuer ein Higgs Boson mit einer Masse zwischen 120 und 180 GeV kann mH mit einer Praezision von 40 bis 70 MeV bestimmt werden. Im gleichen Massenbereich ist die Messung des Wirkungsquerschnitts, weitgehend modellunabhaengig, mit einem relativen Fehler von 2.6 bis 3.8% moeglich. In vier-Fermion und sechs-Fermion Endzustaenden werden topologische Wirkungsquerschnitte, definiert als Produkt des totalen Wirkungsquerschnitts fuer e+e- -> HZ mit dem Verzweigungsverhaeltnis eines Zerfallskanals, untersucht. Fuer den Messfehler werden 1.1% fuer HZ->bbqq und 13% fuer HZ->W+W-l+l- bei mH = 120 GeV abgeschaetzt. Die Gesamtheit dieser und weiterer Messungen erlaubt eine genaue Bestimmung des Higgs Boson Profils und gibt Aufschluss ueber die Struktur des Higgs Sektors in der Natur.
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Bibliographical Information:

Advisor:

School:Humboldt-Universität zu Berlin

School Location:Germany

Source Type:Master's Thesis

Keywords:Physik, Astronomie Standardmodell Suchen Physik

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Date of Publication:05/28/2004

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