Suche nach einem leichten Higgs-Boson im Kanal WH ev e bb in pp-Kollisionen bei s=1.96 TeV am DO-Detektor des Tevatron

Eine wichtige Komponente des Standardmodells der Teilchenphysik bildet der Higgs-Mechanismus, der benötigt wird um den vom Standardmodell beschriebenen Teilchen Masse zu verleihen. Dieser Mechanismus beinhaltet jedoch ein weiteres schweres Elementarteilchen das bislang noch nich beobachtet werden konnte. Die Suche nach diesem Teilchen ist eines Hauptziele der derzeitigen Forschung an Teilchenbeschleunigern. Diese Arbeit untersucht die vom D0-Detektor am Tevatron des Fermi National Accelerator Laboratory (FNAL) aufgezeichneten Daten von ppbar-Kollisionen bei einer Schwerpunktsenergie von sqrt{s}=1.96 TeV, um im Kanal WH -> enu bb nach einem leichten Higgs-Boson zu suchen. Darüber hinaus wird der Produktionswirkungsquerschnitt der Wbb-Produktion ermittelt. Für die Analyse stand eine integrierte Luminosität von L=255pb^{-1} zur Verfügung. Zur Selektion dieser Prozesse, werden Ereignisse ausgewählt, die Elektronen und fehlenden Transversalimpuls enthalten, sowie mindestens zwei Jets, die sich als b-Jets identifizieren lassen. Um eine effiziente Selektion zu erhalten, wurden Schnitte auf verschiedene Kenngrößen entwickelt, getestet und optimiert. Aus den selektierten Ereignissen wird der Wbb-Wirkungsquerschnitt ermittelt, der für Ereignisse angegeben wird, in denen die b-Quarks p_T>8 GeV und |eta|<3 erfüllen. Der unter Berücksichtigung des Verzweigungsverhältnisses BR(W->enu)=0.108 errechnete Wert ist sigma(Wbb)=21.8 pb (+15.5; -20.0 pb(sys+stat)). Wegen der geringen Signifikanz der Messung von etwa 1.2sigma wurden die Ereigniszahlen auch zur Berechnung einer oberen Grenze auf den Wirkungsquerschnitt verwendet, die sich bei einem Konfidenzniveau von 95% zu sigma^95(Wbb)=60.9pb ergibt. Ebenso wurden Grenzen auf den WH-Produktionswirkungsquerschnitt ermittelt. Dafür wurde die statistische Methode von Feldman und Cousins angewandt, nachdem sie nach den Vorschlägen von Conrad et al. erweitert worden war, um systematische Unsicherheiten zu berücksichtigen. Für ein Standardmodell Higgs-Boson der Masse 115 GeV kann eine obere Grenze auf den Produktionswirkungsquerschnitt von sigma^{95} (WH)=12.2pb angegeben werden. Für höhere Massen bis 135 GeV werden ähnliche Grenzen ermittelt.

Although the standard model of particle physics has been very successfull in describing nature it needs to be extended by the Higgs mechanism to explain the particle masses observed in experiments. This mechanism introduces a new elementary particle called the Higgs boson. Current research at particle accelerators focuses on the search for the Higgs boson as a major goal. This analysis uses the data recorded with the D0-detector of the Tevatron at the Fermi National Accelerator Laboratory (FNAL). The Tevatron collides protons and antiprotons at a center of mass energy of sqrt{s}=1.96 TeV. The primary goal of the analysis was the search for a light Higgs boson in the WH channel. For this the process pp-> WH -> enu bb was used. Furthermore a measurement of the Wbb production cross section has been performed. For the measurements a total intagrated luminosity of L=255pb^{-1} was available. For the selection of the desired processes events with electrons, missing transverse momentum and at least two jets have been used. At least two of the jets were required to be identified as b-jets. To obtain an efficient event selection many event properties had to be calculated and methods to cut on them needed to be optimized. Based on the selected events the Wbb production cross section has been calculated. After includinng the branching ratio BR(W->enu)=0.108 the result is \sigma(Wbb)=21.8 pb (+15.5; -20.0 pb(sys+stat)) for events where the b-quarks satisfy p_T>8 GeV und |eta|<3. Since the significance of the signal is only about 1.2sigma the data has also been used to calculate an upper limit on the production cross section. For a confidence level of 95% a value of sigma^95(Wbb)=60.9pb has been obtained. The same basic event selection has beeen used to obtain an upper limit for the WH production cross section. For the statistical analysis of these events the method of Cousins and Feldman was used. This method was extended to include background uncertainties as proposed by Conrad et al. Finally for a standard model Higgs boson of 115 GeV mass an upper limit for the production cross section of sigma^{95} (WH)=12.2pb has been obatined at a confidence level of 95%. Although this limit is about two orders of magnitude above the prediction of the standard model this type of analysis will impove sufficiently as more data becomes available in the next few years.