Birger Koblitz, Dissertation, Fachbereich Physik der Universität Hamburg, 200 :

"Search for Instanton-Induced Processes with the H1 Detector Deep-Inelastic Electron-Proton Collisions at HERA"


Schlagwörter: Instanton, Deep-inelastic scattering
PACS : 11.15.Tk 14.80-j 13.60.Hb
Summary

Kurzfassung

Die Arbeit beschreibt die erste dedizierte Suche nach QCD Instanton-induzierten Prozessen. Hierzu werden Daten ausgewertet, die mittels tief-unelastischer Streuung (DIS) am Elektron-Proton Beschleuniger HERA in einem kinematischen Bereich gewonnen wurden, der durch die DIS Variablen x>0.001, 0.12<100 GeV2, sowie durch einen minimalen Streuwinkel des Elektrons von 156° gegeben ist. Verschiedene Observable, die den hadronischen Endzustand des Instanton-induzierten Prozesse charakterisieren, werden untersucht und zu einer aussagekräftigen Diskriminante mittels eines innovativen Algorithmus, der auf Bereichssuche basiert, zusammengefasst. Indem in diese Diskriminante geschnitten wird, ergibt sich eine Region im Phasenraum der Observablen, in der potentielle Instanton-induzierte Ereignisse angereichert sein sollten. Innerhalb der Unsicherheit der Modelle der normalen tief-unelastischen Streuung lässt sich kein signifikanter Überschuss an Ereignissen finden. Deshalb wird in diesem Bereich eine Obergrenze des Streuquerschnittes unabhängig von der Modellierung des Untergrundes berechnet. Sie beträgt 221 pb. Eine detaillierte Studie, bei der nach Instantonen unterschiedlicher effektiver Größe und Abstandsverteilung gesucht wird, kann jedoch zumindest das von der Instanton Störungstheorie vorhergesagte steile Anwachsen des Streuquerschnittes ausschließen, das man durch naive Extrapolation hin zu größeren Instantonen und kleineren Abständen errechnet. Dies ist in Übereinstimmung zu neueren Gitterrechnungen. Schließlich wird das Potential einer Suche bei Q2>100 GeV2 herausgearbeitet.

Titel

Kurzfassung

Summary

The first dedicated search for QCD instanton-induced processes is presented. Deep-inelastic scattering (DIS) data collected at the electron-proton collider HERA in a kinematical range defined by the DIS variables x>0.001, 0.12<100 GeV2, and for a scattering angle of the electron of at least 156° have been analysed. Several observables characterising the instanton hadronic final state are studied and combined to a powerful discriminant with the help of an innovative range searching algorithm. By cutting on the discriminant, a potentially instanton enriched region is found in the observable phase space. Given the accuracy of the standard DIS background models, no significant excess of events in this region is found, and a model independent limit on the instanton-induced cross-section of 221 pb is calculated. A detailed study with different effective instanton sizes and distances can exclude a steep rise of the cross-section towards large instanton-sizes and small distances predicted by a naive extrapolation of instanton perturbation theory and is in accord with recent lattice calculations. Finally, the prospects of a search in the region Q2>100 GeV2 are studied.