Diese Dissertation beschreibt eine Messung der Produktion von Beauty-Quarks in tief unelastischer Streuung am ep-Speicherring HERA bei √s=318 GeV. Die Messung wurde auf einem Datensatz mit einer integrierten Luminosität von 39 pb-1 durchgeführt, der am ZEUS Experiment in den Jahren 2003/2004 gesammelt wurde.
Die Theorie der starken Kraft, die Quanten-Chromodynamik (QCD), bietet Methoden zur Berechnung von Wirkungsquerschnitten der Beauty-Quark-Produktion. Es wird erwartet, dass diese Berechnungen verlässlich sind wenn eine große Skala, hier die Masse des Beauty-Quarks, vorhanden ist. Daher bietet diese Messung die Möglichkeit, Vorhersagen der QCD zu testen.
In der hier vorgestellten Analyse werden Ereignisse ausgewählt, wenn sie ein gestreutes Elektron, einen Jet und ein Myon in diesem Jet enthalten. Um eine hohe Effizienz des Myon Nachweises zu erhalten, wird die Redundanz verschiedener Myon Detektoren ausgenützt. Diese Methode erlaubt die Auswahl von Myonen in einem großen Pseudo-Rapiditäts-Bereich mit einer niedrigen Transversal-Impuls Schwelle.
Der Anteil der Ereignisse die Beauty-Quarks enthalten wurde mit Hilfe der charakteristischen Verteilung der Transversal-Impulse der Myonen relativ zu den zugehörigen Jets bestimmt. Der totale sichtbare Wirkungsquerschnitt wurde gemessen als
Differentielle Wirkungsquerschnitte in ptμ und ημ, in ptjet und ηjet und in Q2 wurden gemessen. Die Form aller Datenverteilungen wird von den MC-Vorhersagen innerhalb der statistischen und systematischen Unsicherheiten beschrieben.
Ein Vergleich mit nächstführender Ordnung (NLO) QCD Rechnungen wurde in einem kinematischen Bereich durchgeführt in dem NLO QCD Rechnungen einer ähnlichen früheren Analyse vorlagen. Das Ergebnis der Messung des totalen sichtbaren Wirkungsquerschnitts ist in Übereinstimmung mit der früheren Analyse und der NLO QCD Vorhersage. Auch die differentiellen Wirkungsquerschnitte dσ/dptμ stimmen innerhalb der Unsicherheiten mit den NLO QCD Rechnungen in diesem Phasenraum überein. Die neue Messung zeigt einen geringeren Überschuss im Bereich kleiner ptμ im Vergleich zu der QCD Vorhersage als die frühere Analyse. In diesem Bereich war die signifikanteste Abweichung zwischen Messung und Vorhersage in der früheren Analyse festgestellt worden.
Außerdem wurden doppelt differentielle Wirkungsquerschnitte d2σ/dQ2dx gemessen mit Ergebnissen, die in der Form gut mit MC-Vorhersagen übereinstimmen. Die doppelt differentiellen Wirkungsquerschnitte sind nötig für die Messung des Beauty-Anteils an der Proton-Strukturfunktion F2bb. Die gute Beschreibung der Daten durch die MC-Simulation, die in dieser Messung beobachtet wurde, ist eine notwendige Bedingung für eine zuverlässige Extrapolation zu F2bb.
In den HERA II Daten erlaubt die verbesserte Vertexauflösung bei Verwendung des Mikro-Vertex-Detektors (MVD) die Messung von Stoßparametern. Eine erste Stoßparameterverteilung zeigt, dass die Unsicherheiten aller vorgestellten Messungen durch die Verwendung der Stoßparamter-Methode deutlich verringert werden können.
This thesis presents a measurement of beauty quark production in deep inelastic scattering at the ep-collider HERA at √s=318 GeV. The measurement is based on data collected at the ZEUS detector in the years 2003/2004, using an integrated luminosity of 39 pb-1.
The theory of the strong force, Quantum Chromodynamics (QCD) offers methods to calculate cross sections of beauty quark production. These calculations are expected to be reliable if a hard scale, here the mass of the beauty quark, is present in the process. Thus this measurement provides the opportunity to test the predictions of QCD.
In the analysis presented in this thesis, events were selected that contain a scattered electron, a jet and a muon inside the jet. To reach a high efficiency the redundancy of different muon detectors was exploited. This method allows the selection of muons covering a large pseudo-rapidity range with a low transverse momentum threshold.
The fraction of events from beauty quark production was extracted using the characteristic distribution of the transverse momenta of muons relative to the associated jets. The total visible cross section was measured to be:
Differential cross sections were measured in ptμ and ημ, in ptjet and ηjet and in Q2. The shape of all data distributions are described by the MC prediction within errors.
A comparison of measured cross sections to next-to-leading order (NLO) QCD calculations was performed in a kinematic range where NLO QCD calculations from a similar previous analysis are available. Both the total visible cross section and the differential cross sections dσ/dptμ are in agreement with the previous measurement and the NLO QCD predictions in this region of phase space within errors. The new measurement shows a smaller excess compared to the NLO QCD predictions than the previous analysis in the region of low ptμ, where the most significant discrepancy was seen.
Furthermore, double differential cross sections d2σ/dQ2dx were measured and the results are found to be in good agreement with the shape of the MC predictions. The double differential cross sections are necessary for a measurement of the beauty contribution to the proton structure function F2bb. The good description of the data by the MC, that is found in this measurement, is a necessary condition for a reliable extrapolation to F2bb.
For HERA II data the improved vertex resolution using the Micro Vertex Detector (MVD) allows the measurement of impact parameters. A first impact parameter distribution shows, that the uncertainties of all presented measurements can be reduced significantly using the impact parameter method.