Search for high mass resonances decaying into electron-positron pairs in proton-proton collisions at sqrt(s) = 7 TeV with the ATLAS detector

The Standard Model of particle physics was developed to describe the fundamental particles, which form matter, and their interactions via the strong, electromagnetic and weak force. Although most measurements are described with high accuracy, some observations indicate that the Standard Model is incomplete. Numerous extensions were developed to solve these limitations. Several of these extensions predict heavy resonances, so-called Z' bosons, that can decay into an electron positron pair. The particle accelerator Large Hadron Collider (LHC) at CERN in Switzerland was built to collide protons at unprecedented center-of-mass energies, namely 7 TeV in 2011. With the data set recorded in 2011 by the ATLAS detector, a large multi-purpose detector located at the LHC, the electron positron pair mass spectrum was measured up to high masses in the TeV range. The properties of electrons and the probability that other particles are mis-identified as electrons were studied in detail. Using the obtained information, a sophisticated Standard Model expectation was derived with data-driven methods and Monte Carlo simulations. In the comparison of the measurement with the expectation, no significant deviations from the Standard Model expectations were observed. Therefore exclusion limits for several Standard Model extensions were calculated. For example, Sequential Standard Model (SSM) Z' bosons with masses below 2.10 TeV were excluded with 95% Confidence Level (C.L.).

Das Standard Modell der Teilchenphysik wurde entwickelt, um die fundamentalen Teilchen, aus denen Materie gebildet wird, und ihre Wechselwirkungen durch die starke, elektromagnetische und schwache Kraft zu beschreiben. Auch wenn die meisten Messungen mit hoher Präzision beschrieben werden, deuten einige Beobachtungen darauf hin, dass das Standard Modell unvollständig ist. Zahlreiche Erweiterungen wurden entwickelt, um diese Problematik zu überwinden. Einige dieser Erweiterungen sagen schwere Resonanzen, sogenannte Z' Bosonen, voraus, welche in ein Elektron-Positron-Paar zerfallen können. Der Teilchenbeschleuniger Large Hadron Collider (LHC) am CERN in der Schweiz wurde gebaut um Protonen bei bisher unerreichten Schwerpunktsenergien, 7 TeV im Jahr 2011, zur Kollision zu bringen. Mit dem Datensatz, der im Jahr 2011 mit dem ATLAS-Detektor, einem großen Vielzweck-Detektor am LHC, aufgezeichnet wurde, ist das Elektron-Positron-Paar-Massenspektrum bis in den TeV-Bereich vermessen worden. Dabei wurden die Eigenschaften von Elektronen, sowie die Wahrscheinlichkeit, das andere Teilchen als Elektronen misidentifiziert werden, im Detail untersucht. Die dabei gewonnen Kenntnisse wurden in Daten- und Monte-Carlo-Simulations-gestützen Methoden genutzt, um eine ausgefeilte Abschätzung der Standard-Modell-Erwartung durchzuführen. Beim Vergleich der Messung mit der Erwartung wurden keine signifikanten Abweichungen von der Standard-Modell-Vorhersage festgestellt. Daher wurden Ausschlussgrenzen für schwerer Resonanzen einiger Standard-Modell-Erweiterungen berechnet. Zum Beispiel wurden Sequential Standard Model (SSM) Z' Bosonen mit Massen unterhalb von 2.10 TeV mit 95% Confidence Level (C.L.) ausgeschlossen.