"Untersuchungen zur Elektroschwachen Symmetriebrechung: Suche nach Technicolor mit OPAL und Higgs Simulationen für ILC"

"Tests of Electroweak Symmetry Breaking: Technicolor Searches with OPAL and Higgs Simulations for ILC"

Kurzfassung

Diese Arbeit beschreibt drei Analysen, die Fragen im Zusammenhang mit der elektroschwachen Symmetriebrechung untersuchen. In Daten von e⁺e^- Kollisionen mit sqrt(s)=189-209 GeV, die zwischen 1998 und 2000 mit dem OPAL Detektor aufgezeichnet wurden, wird nach Signaturen von Technicolor gesucht. Es wird keine Evidenz für ein Signal beobachtet. Um Grenzen auf die Masse von Technipionen π_T und Technicolor Vektorzuständen ρ_T/ω_T zu ermitteln, werden die Ergebnisse im Rahmen des Technicolor Straw-man Modells (TCSM) interpretiert. Für ein Modell mit neun Technifermion-Dubletts wird mit einem Vertrauensniveau von 95% eine absolute untere Grenze von m(π_T)>87 GeV gefunden.

Desweiteren werden zwei Messungen zu dem Higgsboson des Standardmodells am zukünftigen International Linear Collider ILC simuliert. Es wird gezeigt, dass die totale Zerfallsbreite für Higgsbosonen mit m(H)=200-320 GeV mit einer Genauigkeit von 23-34% in der Verteilung der rekonstruierten Higgsmasse gemessen werden kann. Die Breite wird dabei mit einer modellunabhängigen Anpassung ermittelt, von der auch die Higgsmasse und die Ereignisrate bestimmt werden können. Darüber hinaus liefert die Analyse Ergebnisse für die Zerfallsraten des Higgsbosons in W- und Z-Bosonpaare, wenn man annimmt, dass keine weiteren Zerfallskanäle existieren.

Die letzte Analyse untersucht den Einfluss von Strahlinduziertem Untergrund am ILC auf die Analyse der Produktion von Higgsbosonen durch WW-Fusion. Kollisionen von Photonen aus der sogenannten "Beamstrahlung" können zu hadronischen Endzuständen führen, die mit grosser Wahrscheinlichkeit gleichzeitig zu den e⁺e^- Wechselwirkungen auftreten. Wenn der Detektor nicht in der Lage ist, Ereignisse einzelnen Kollisionen von Teilchenpaketen zuzuordenen, wird der hadronische Strahluntergrund zudem aus mehrere Paketkollisionen zusammen aufgezeichnet. Der Einfluss dieser Akkumulation auf die Rekonstruierung von Higgsbosonen wird unter mehreren Annahmen für die Beschleunigertechnologie (TESLA oder NLC/GLC) und Höhe der Untergrundakkumulation untersucht. Im Falle der NLC/GLC Technologie wird eine erhebliche Verschlechterung der Trennung von Higgssignal und irreduzieblem Untergrund beobachtet, was in diesem Fall einen Detektor noetig macht, der den Zeitpunkt eines Ereignisses mit besser als 10 ns bestimmen kann.

Titel

Kurzfassung

Summary

This thesis describes three analyses on issues connected to electroweak symmetry breaking. A search for Technicolor signatures in e⁺e^- collisions at sqrt(s)=189-209 GeV recorded with the OPAL detector in the years 1998 to 2000 is presented. No evidence for a signal in data is observed. The results are interpreted in the framework of the Technicolor Straw-man Model (TCSM) to derive exclusion limits in the parameter space spanned by the mass of technipions π_T and technivector states ρ_T/ω_T. An absolute lower limit m(π_T)>87 GeV is obtained independent on m(ρ_T/ω_T) at the 95% confidence level for a model with 9 technifermion doublets.

Further, two simulations on Standard Model Higgs bosons at the future International Linear Collider ILC are performed. It is shown, that the total decay width of the Higgs boson can be measured from the reconstructed lineshape with an uncertainty of 23-34% for m(H)=200-320 GeV. The width is extracted from a model-independent fit, from which also the Higgs mass and the event rate are obtained. In addition, the analysis allows to determine the branching ratios of the Higgs to W- and Z-bosons under the assumption, that these are the only decay modes.

The last analysis investigates effects of beam-beam background at the ILC on the analysis of Higgs production in WW-fusion. Collisions of beamstrahlung photons can cause hadronic events, which have significant probability to overlap with events from e⁺e^- collisions. If the detector can not tag (time-stamp) single bunch-crossings, hadronic two-photon events are accumulated over more than one bunch crossing. The impact of this pile-up effect on the reconstruction of events from Higgs signal is studied in different scenarios for the detector time-stamping capability assuming the two technology proposals for the ILC, the superconducting TESLA and the normal-conducting NLC/GLC. Significant degradation of the separation of Higgs signal events from irreducible background is found for the normal-conducting technology. In this case, detector time-stamping capabilities of better than 10 ns are needed.