Search for a narrow t(t)over-bar resonance in p(p)over-bar collisions at root s=1.96 TeV

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Measurement of the p(p)over-bar -> W plus b plus X production cross section at root s=1.96 TeV D0 Collaboration

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Suche nach Endzuständen mit zwei Leptonen und fehlender transversaler Energie in pp-Kollisionen bei einer Schwerpunktsenergie von 1.96 TeV

In der vorliegenden Arbeit wurden Daten aus Proton-Antiproton-Kollisionen analysiert, die im Zeitraum von April 2002 bis März 2004 mit dem DO-Detektor bei einer Schwerpunktsenergie von sqrt(s) = 1.96 TeV am Tevatron-Beschleuniger am Fermi National Accelerator Laboratory aufgezeichnet wurden. Je nach Analyse entsprechen die verwendeten Datensätze integrierten Luminositäten von 158-252 pb^-1. Die Ereignisse wurden auf die Existenz von Higgs-Bosonen und Charginos und Neutralinos untersucht. Außerdem wurde eine Messung des Wirkungsquerschnittes der Paarproduktion von W-Bosonen durchgeführt. Für die Suchen nach Higgs-Bosonen wurden leptonische Endzustände mit zwei Elektronen bzw. einem Elektron und einem Myon untersucht, wie sie bei Zerfällen von Higgs-Bosonen über zwei W-Bosonen erwartet werden. Wegen des momentan zur Verfügung stehenden geringen Datensatzes ist nur möglich, die Daten auf die Existenz von Higgs-Bosonen zu untersuchen, wie sie innerhalb alternativer Modelle vorhergesagt werden. Aufgrund größerer Produktionswirkungsquerschnitte werden die Higgs-Bosonen mit erhöhter Rate erzeugt und werden somit schon bei niedrigen integrierten Luminositäten zugänglich. Bei der durchgeführten Analyse wurde eine gute Übereinstimmung der beobachteten Ereignisse mit der Erwartung aus Prozessen des Standardmodells gefunden. Da keine Evidenz für die Existenz von Higgs-Bosonen beobachtet wurde, wurden die Ergebnisse verwendet, um mit einem Vertrauensniveau von 95% eine obere Grenze auf den Produktionswirkungsquerschnitt multipliziert mit dem Verzweigungsverhältnis anzugeben. Durch eine Kombination der ee-, emu- und mumu-Endzustände erhält man eine obere Grenze zwischen 5.7 und 40.3 pb im Higgs-Massenbereich von 100-200 GeV. Die Ergebnisse zeigen, daß auch der hier verwendete Datensatz noch zu klein ist, um auch Higgs-Bosonen im Rahmen der alternativen Modelle zu entdecken bzw. auszuschließen. Um die assoziierte Produktion von Charginos und Neutralinos nachzuweisen, wurden ebenfalls Endzustände mit einem Elektron und einem Myon untersucht. Zur Verbesserung der Sensitivität wurde eine Kombination mit Analysen in ee- und mumu-Endzuständen durchgeführt. Da auch hier eine gute Konsistenz mit der Erwartung der Untergrundprozesse innerhalb des Standardmodells gefunden wurde, wurden ebenso obere Grenzen auf den Produktionswirkungsquerschnitt multipliziert mit dem Verzweigungsverhältnis gesetzt. Die Ergebnisse werden im Rahmen des mSUGRA-Modells interpretiert. Es ergeben sich obere Grenzen zwischen 0.46 und 0.63 pb für Charginomassen im Bereich von 97 GeV bis 114 GeV. Dies stellt eine deutliche Verbesserung der bei früheren Messungen bei DO erhaltenen Ausschlußgrenzen dar. Allerdings ist es wiederum aufgrund des geringen Datensatzes nicht möglich, Punkte im mSUGRA-Parameterraum oberhalb der bei LEP gefundenen Grenzen auszuschließen. Die Ergebnisse können auch verwendet werden, um allgemeinere SUSY-Modelle einzuschränken, die ebenfalls entsprechende Beziehungen zwischen den Chargino- und Neutralino-Massen erfüllen. Den Hauptuntergrund bei diesen Suchen stellt die Paarproduktion von W-Bosonen dar. Es wurde zum ersten Mal im Rahmen des DO-Experimentes eine Messung des Wirkungsquerschnittes der W-Paarproduktion mit einer Signifikanz von mehr als 3 sigma durchgeführt. Es wird eine gute Übereinstimmung mit der Next-to-leading-order-Vorhersage der Theorie gefunden. Kombiniert man die ee-, emu- und mumu-Endzustände, ergibt sich ein Wirkungsquerschnitt von sigma(WW) = 13.35+4.65-3.99(stat) +0.77-1.05(syst) +-0.87(Lum) pb.

The reaction (p)over-barp -> (Lambda)over-bar(c)(-)Lambda(+)(c) close to threshold

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Charmed matter

In the near future experiments will be able to produce charmed hadrons almost at rest in the interior of an atomic nucleus. One of the most exciting perspectives is the possibility of studying charmonium in a dense medium. In the present communication we present results of a study that explores the possibility that J/Ψ might be bound in a large nucleus through the excitation of intermediate states of D and D* mesons. We also present results of a recent prediction for the production of Λ̄ c -Λc + in proton-antiproton annihilation experiments. © 2010 American Institute of Physics.

Deciphering 40 TeV rapidity gap physics with 2 TeV jet events

Rapidity gaps may provide an adequate signature for electroweak processes at supercolliders, including the production of the Higgs particle. We show how this important issue can be studied in the dijet final states of operating proton-antiproton colliders and present quantitative predictions.

Direct photon production in p plus p collisions at root s=200 GeV at midrapidity

The differential cross section for the production of direct photons in p + p collisions at root s = 200 GeV at midrapidity was measured in the PHENIX detector at the Relativistic Heavy Ion Collider. Inclusive direct photons were measured in the transverse momentum range from 5: 5-25 GeV/c, extending the range beyond previous measurements. Event structure was studied with an isolation criterion. Next-to-leading-order perturbative-quantum-chromodynamics calculations give a good description of the spectrum. When the cross section is expressed versus x(T), the PHENIX data are seen to be in agreement with measurements from other experiments at different center-of-mass energies.

Messung der B s-Oszillation mit dem semileptonischen Zerfall B 0 s D - s (phi pi -) my + ny my mit dem D0-Detektor

Das Standardmodell (SM) der Teilchenphysik beschreibt sehr präzise die fundamentalen Bausteine und deren Wechselwirkungen (WW). Trotz des Erfolges gibt es noch offene Fragen, die vom SM nicht beantwortet werden können. Ein noch noch nicht abgeschlossener Test besteht aus der Messung der Stärke der schwachen Kopplung zwischen Quarks. Neutrale B- bzw. $bar{B}$-Mesonen können sich innerhalb ihrer Lebensdauer über einen Prozeß der schwachen WW in ihr Antiteilchen transformieren. Durch die Messung der Bs-Oszillation kann die Kopplung Vtd zwischen den Quarksorten Top (t) und Down (d) bestimmt werden. Alle bis Ende 2005 durchgeführten Experimente lieferten lediglich eine untere Grenze für die Oszillationsfrequenz von ms>14,4ps-1. Die vorliegenden Arbeit beschreibt die Messung der Bs-Oszillationsfrequenz ms mit dem semileptonischen Kanal BsD(-)+. Die verwendeten Daten stammen aus Proton-Antiproton-Kollisionen, die im Zeitraum von April 2002 bis März 2006 mit dem DØ-Detektor am Tevatron-Beschleuniger des Fermi National Accelerator Laboratory bei einer Schwerpunktsenergie von $sqrt{s}$=1,96TeV aufgezeichnet wurden. Die verwendeten Datensätze entsprechen einer integrierten Luminosität von 1,3fb-1 (620 millionen Ereignisse). Für diese Oszillationsmessung wurde der Quarkinhalt des Bs-Mesons zur Zeit der Produktion sowie des Zerfalls bestimmt und die Zerfallszeit wurde gemessen. Nach der Rekonstruktion und Selektion der Signalereignisse legt die Ladung des Myons den Quarkinhalt des Bs-Mesons zur Zeit des Zerfalls fest. Zusätzlich wurde der Quarkinhalt des Bs-Mesons zur Zeit der Produktion markiert. b-Quarks werden in $pbar{p}$-Kollisionen paarweise produziert. Die Zerfallsprodukte des zweiten b-Hadrons legen den Quarkinhalt des Bs-Mesons zur Zeit der Produktion fest. Bei einer Sensitivität von msenss=14,5ps-1 wurde eine untere Grenze für die Oszillationsfrequenz ms>15,5ps-1 bestimmt. Die Maximum-Likelihood-Methode lieferte eine Oszillationsfrequenz ms>(20+2,5-3,0(stat+syst)0,8(syst,k))ps-1 bei einem Vertrauensniveau von 90%. Der nicht nachgewiesene Neutrinoimpuls führt zu dem systematischen Fehler (sys,k). Dieses Resultat ergibt zusammen mit der entsprechenden Oszillation des Bd-Mesons eine signifikante Messung der Kopplung Vtd, in Übereinstimmung mit weiteren Experimenten über die schwachen Quarkkopplungen.

Nucleon electromagnetic structure studies in the spacelike and timelike regions

The thesis investigates the nucleon structure probed by the electromagnetic interaction. One of the most basic observables, reflecting the electromagnetic structure of the nucleon, are the form factors, which have been studied by means of elastic electron-proton scattering with ever increasing precision for several decades. In the timelike region, corresponding with the proton-antiproton annihilation into a electron-positron pair, the present experimental information is much less accurate. However, in the near future high-precision form factor measurements are planned. About 50 years after the first pioneering measurements of the electromagnetic form factors, polarization experiments stirred up the field since the results were found to be in striking contradiction to the findings of previous form factor investigations from unpolarized measurements. Triggered by the conflicting results, a whole new field studying the influence of two-photon exchange corrections to elastic electron-proton scattering emerged, which appeared as the most likely explanation of the discrepancy. The main part of this thesis deals with theoretical studies of two-photon exchange, which is investigated particularly with regard to form factor measurements in the spacelike as well as in the timelike region. An extraction of the two-photon amplitudes in the spacelike region through a combined analysis using the results of unpolarized cross section measurements and polarization experiments is presented. Furthermore, predictions of the two-photon exchange effects on the e+p/e-p cross section ratio are given for several new experiments, which are currently ongoing. The two-photon exchange corrections are also investigated in the timelike region in the process pbar{p} -> e+ e- by means of two factorization approaches. These corrections are found to be smaller than those obtained for the spacelike scattering process. The influence of the two-photon exchange corrections on cross section measurements as well as asymmetries, which allow a direct access of the two-photon exchange contribution, is discussed. Furthermore, one of the factorization approaches is applied for investigating the two-boson exchange effects in parity-violating electron-proton scattering. In the last part of the underlying work, the process pbar{p} -> pi0 e+e- is analyzed with the aim of determining the form factors in the so-called unphysical, timelike region below the two-nucleon production threshold. For this purpose, a phenomenological model is used, which provides a good description of the available data of the real photoproduction process pbar{p} -> pi0 gamma.

Suche nach dem Higgs-Boson im Zerfallskanal H WW eny e myny my mit dem D0-Detektor

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Suche nach dem Higgs-Boson.rn Dazu wurden die Daten des D0-Experimentes am Fermi National rn Accelerator Laboratory analysiert. Diese stammen ausrn Proton-Antiproton-Kollisionen, welche vom Tevatron-Beschleuniger beirn einer Schwerpunktsenergie von sqrt(s)=1.96 TeV erzeugtrn wurden. Der Datensatz umfasst mit einer integrierten Luminosität vonrn 9.7 fb^-1 den vollen RunII, welcher von April 2002 bisrn September 2011 aufgezeichnet wurde. Die Suche wurde für dreirn unterschiedliche Modelle durchgeführt: Das Standardmodell, einrn fermiophobes Higgs-Modell und ein Modell mit einer viertenrn Fermiongeneration. Zusätzlich wurde der Wirkungsquerschnitt derrn nicht resonanten WW-Produktion gemessen.rnrn Dazu wurden Daten mit einem Elektron, einem Myon und fehlenderrn Transversalenergie im Endzustand untersucht. Dieser Endzustand wirdrn beim Zerfall eines Higgs-Bosons in zwei W-Bosonen mit anschließendemrn Zerfall in ein Elektron, ein Myon und zwei Neutrinos erwartet undrn weist die größte Sensitivität für die Suche am Tevatron auf.rnrn Weder für das Standardmodell noch für die erweiterten Modelle konntern ein Hinweis auf ein Higgs-Signal gefunden werden. Deshalb wurdenrn obere Grenzen auf den Produktionswirkungsquerschnitt für diern einzelnen Modelle bestimmt. Die oberen Grenzen für Higgs-Bosonen imrn Rahmen des Standardmodells reichen von 28*sigma_SM für einrn Higgs-Boson mit einer Masse von 100 GeV bis zu einemrn Ausschluss des Standardmodell-Higgs-Bosons im Bereich zwischen 160rn und 167 GeV mit 95% Vertrauensniveau. Damit ist der inrn dieser Arbeit beschriebene Kanal der einzige Kanal amrn D0-Experiment, welcher eine ausreichend hohe Sensitivität erreicht,rn um allein ein Higgs-Boson im hohen Massenbereich auszuschließen. Fürrn ein Higgs-Boson mit 125 GeV Masse sind die Ergebnisse sowohlrn mit der Signal+Untergrund- als auch mit der Untergrund-Hypothesern kompatibel. rn Im Rahmen des fermiophoben Higgs-Modells wurden oberen Grenzenrn zwischen 2*sigma_FHM und 4*sigma_FHM imrn Massenbereich zwischen 100 und 170 GeV bestimmt. Für diern betrachteten Modelle mit einer vierten Fermiongeneration konnte einrn Higgs-Boson in einem weiten Massenbereich zwischen 135 undrn 220 GeV mit 95% Vertrauensniveau ausgeschlossen werden.rnrn Die Messung des Wirkungsquerschnitts der nicht-resonantenrn WW-Produktion ist die genaueste Messung fürrn sqrt(s)=1.96 TeV. Der gemessene Wirkungsquerschnitt beträgtrn sigma_ppbar->WW^em=11.1 +- 0.6 (stat.) +- 0.6 (syst.) pbrn und bestätigt damit die theoretische NLO-Vorhersage im Rahmen ihrerrn Unsicherheiten.rn

Charm Production in Antiproton-Proton Annihilation

We study the production of charmed mesons (D) and baryons (Lambda(c)) in antiproton- proton ((p) over barp) annihilation close to their respective production thresholds. The elementary charm production process is described by either baryon/ meson exchange or by quark/ gluon dynamics. Effects of the interactions in the initial and final states are taken into account rigorously. The calculations are performed in close analogy to our earlier study on (p) over bar -> (Lambda) over bar Lambda and (p) over barp (K) over bar K by connecting the processes via SU(4) flavor symmetry. Our predictions for the (Lambda) over bar (c)Lambda(c) production cross section are in the order of 1 to 7 mb, i. e. a factor of around 10-70 smaller than the corresponding cross sections for (Lambda) over bar Lambda However, they are 100 to 1000 times larger than predictions of other model calculations in the literature. on the other hand, the resulting cross sections for (D) over barD production are found to be in the order of 10(-2) - 10(-1)mu b and they turned out to be comparable to those obtained in other studies.

Production of charmed pseudoscalar mesons in antiproton-proton annihilation

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Probing new physics in diphoton production with proton tagging at the Large Hadron Collider

The sensitivities to anomalous quartic photon couplings at the Large Hadron Collider are estimated using diphoton production via photon fusion. The tagging of the protons proves to be a very powerful tool to suppress the background and unprecedented sensitivities down to 7 x 10(-15) GeV-4 are obtained, providing a new window on extra dimensions and strongly interacting composite states in the multi-TeV range. Generic contributions to quartic photon couplings from charged and neutral particles with arbitrary spin are also presented.

Nuclear modification factors of phi mesons in d plus Au, Cu plus Cu, and Au plus Au collisions at root s(NN)=200 GeV

The PHENIX experiment at the Relativistic Heavy Ion Collider has performed systematic measurements of phi meson production in the K(+)K(-) decay channel at midrapidity in p + p, d + Au, Cu + Cu, and Au + Au collisions at root s(NN) = 200 GeV. Results are presented on the phi invariant yield and the nuclear modification factor R(AA) for Au + Au and Cu + Cu, and R(dA) for d + Au collisions, studied as a function of transverse momentum (1 < p(T) < 7 GeV/c) and centrality. In central and midcentral Au + Au collisions, the R(AA) of phi exhibits a suppression relative to expectations from binary scaled p + p results. The amount of suppression is smaller than that of the pi(0) and the. in the intermediate p(T) range (2-5 GeV/c), whereas, at higher p(T), the phi, pi(0), and. show similar suppression. The baryon (proton and antiproton) excess observed in central Au + Au collisions at intermediate p(T) is not observed for the phi meson despite the similar masses of the proton and the phi. This suggests that the excess is linked to the number of valence quarks in the hadron rather than its mass. The difference gradually disappears with decreasing centrality, and, for peripheral collisions, the R(AA) values for both particle species are consistent with binary scaling. Cu + Cu collisions show the same yield and suppression as Au + Au collisions for the same number of N(part). The R(dA) of phi shows no evidence for cold nuclear effects within uncertainties.

Longitudinal spin transfer to Lambda and Lambda hyperons in polarized proton-proton collisions at s=200 GeV

The longitudinal spin transfer, D(LL), from high energy polarized protons to Lambda and Lambda hyperons has been measured for the first time in proton-proton collisions at s=200 GeV with the STAR detector at the Relativistic Heavy Ion Collider. The measurements cover pseudorapidity, eta, in the range |eta|< 1.2 and transverse momenta, p(T), up to 4 GeV/c. The longitudinal spin transfer is found to be D(LL)=-0.03 +/- 0.13(stat)+/- 0.04(syst) for inclusive Lambda and D(LL)=-0.12 +/- 0.08(stat)+/- 0.03(syst) for inclusive Lambda hyperons with <>=0.5 and << p(T)>>=3.7 GeV/c. The dependence on eta and p(T) is presented.