Kurzfassung
In der hier vorgestellten Arbeit wurde die Charmproduktion in $ep$- und $pp$-Kollisionen untersucht. Die schweren Quarkmassen liefern eine harte Skala, die die Anwendung der perturbativen QCD erm/'oglicht.
Eine Messung der Produktion von $D^{+}$-Mesonen in der tief unelastischen Streuung wurde mit dem ZEUS-Detektor am HERA-Speicherring durchgef/'uhrt. F/'ur diese Analyse wurde ein Datensatz mit einer integrierten Luminosit/'at von $354$ pb$^{-1}$ benutzt. Differentielle Produktionswirkungsquerschnitte wurden gemessen als Funktion der Virtualit/'at $Q^2$, der Inelastizit/'at $y$, dem Transversalimpuls und der Pseudorapidit/'at der $D^{+}$-Mesonen. Die Lebensdauerinformation wurde genutzt, um den kombinatorischen Untergrund signifikant zu reduzieren. QCD-Vorhersagen in n/'achstf/'uhrender Ordnung im ``Fixed-Flavour''-Schema werden mit den Daten verglichen.
Diese Messung wurde mit anderen H1- und ZEUS-Charmproduktionsmessungen kombiniert. Die Kombination wurde durchgef/'uhrt auf der Stufe der inklusiven reduzierten Charm-Produktionswirkungsquerschnitte, die aus den gemessenen sichtbaren Wirkungsquerschnitten abgeleitet wurden durch Extrapolation mit der Form der theoretischen Vorhersagen im ``Fixed-Flavour''-Schema. Die Kombinationsmethode ber/'ucksichtigt die Korrelationen der systematischen Unsicherheiten zwischen verschiedenen Datens/'atzen und erm/'oglicht damit die wechselseitige Kalibration der verschiedenen Messmethoden. Die kombinierten Charm-Daten wurden mit QCD-Vorhersagen in verschiedenen schwere-Quark-Berechnungsschemata verglichen und zusammen mit inklusiven Datens/'atzen als Eingangsdatens/'atze f/'ur QCD-Analysen genutzt. Diese dienten der Bestimmung der laufenden /msbar-Charm-Quark-Masse und der optimalen Werte der Charm-Quark-Massenparameter in den verschiedenen schwere-Quark-Schemata.
Eine zus/'atzliche Kombination der sichtbaren H1- und ZEUS-$D^{*+}$-Wirkungsquerschnitte wurde durchgef/'uhrt, um kombinierte Wirkungsquerschnitte ohne theoriebezogene Unsichercheiten aus dem Extrapolationsverfahren zu erhalten. Diese Kombination liefert auch differentielle Wirkungsquerschnitte als Funktion der kinematischen /Dstar-Variablen. QCD-Vorhersagen in n/'achstf/'uhrender Ordnung im ``Fixed-Flavour''-Schema wurden mit den kombinierten /Dstar-Wirkungsquerschnitten verglichen und eine `angepasste' QCD-Rechnung wurde eingef/'uhrt, um die /'Ubereinstimmung zwischen den zentralen Werten der theoretischen Vorhersagen und den Daten zu verbessern.
W/'ahrend die HERA-Charm-Daten sensibel sind auf die Gluon-Verteilung im Proton bei Werten des partonischen Impulsanteils des Protons von $10^{-4} /lesssim x /lesssim 10^{-1}$, sondiert die Produktion von Charm-Quarks in LHCb die Region $5 /times 10^{-6} /lesssim x /lesssim 10^{-4}$. Die Auswirkungen der neusten LHCb-Messungen von schweren Quarks auf die Parton-Verteilungsfunktionen wurden mit einer QCD-Analyse in n/'achstf/'uhrender Ordnung im ``Fixed-Flavour''-Schema untersucht. Differentielle Wirkungsquerschnitte der Charm- und Beauty-Produktion im LHCb-Experiment wurden verwendet zusammen mit den kombinierten inklusiven Wirkungsquerschnitten und den schwere-Quark-Produktionsquerschnitten in der tiefunelastischen Streuung bei HERA. Die schwere-Quark-Daten des LHCb-Experiments liefern Einschr/'ankungen der Gluon- und See-Quark-Verteilungen bei sehr niedrigen partonischen Impulsanteilen des Protons. Dieser kinematische Bereich wurde bisher nicht durch andere experimentelle Daten in den QCD-Fits abgedeckt.
Im technischen Teil dieser Arbeit wurde das ZEUS-Ereignisvisualisierungsprogramm im Rahmen des ZEUS-Datensicherungsprojekts so modifiziert, dass es von der ZEUS-Software unabh/'angig wurde. Das neue Programm ist eine reine ROOT-Anwendung. W/'ahrend es die wichtigsten Funktionen bietet, die im klassischen Programm zur Verf/'ugung standen, ist es nunmehr wartungsfrei.
In this thesis the study of charm production in $ep$ and $pp$ collisions is presented. The heavy-quark masses provide a hard scale, allowing the application of perturbative QCD. A measurement of $D^{+}$ meson production in deep inelastic scattering with the ZEUS detector at HERA is presented. The analysis was performed using a data sample with an integrated luminosity of $354$ pb$^{-1}$. Differential cross sections were measured as a function of virtuality $Q^2$, inelasticity $y$, transverse momentum and pseudorapidity of the $D^{+}$ mesons. Lifetime information was used to reduce the combinatorial background significantly. Next-to-leading-order QCD predictions in the fixed-flavour-number scheme were compared to the data. This measurement was combined with other H1 and ZEUS measurements of charm production. The combination was performed at inclusive level for the reduced charm cross sections, which were obtained from the measured visible cross sections, extrapolated to the full phase space using the shape of the theoretical predictions in the fixed-flavour-number scheme. The combination method accounts for the correlations of the systematic uncertainties among the different datasets, thus allowing cross calibration of different measurements. The combined charm data were compared to QCD predictions in various heavy-flavour schemes and used together with the inclusive production data at HERA as input for QCD analyses to determine the running mass in the $/overline{/rm MS}$ renormalisation scheme and the optimal values of the charm-quark mass parameters in other heavy-flavour schemes. An additional combination of the H1 and ZEUS $D^{*+}$ visible cross sections was performed to provide the combined cross sections without theory-related uncertainties from the extrapolation procedure. This combination also provides differential cross sections as a function of the $D^{*+}$ kinematic variables. Next-to-leading-order QCD predictions in the fixed-flavour-number scheme were compared to the combined $D^{*+}$ cross sections and a `customised' QCD calculation was introduced in order to improve the agreement between the central values of the theoretical predictions and the data. While the HERA charm data are sensitive to the gluon distribution in the proton at the values of partonic fractions of the proton momenta $10^{-4}/lesssim x/lesssim 10^{-1}$, the production of charm quarks at LHCb probes the region $5 /times 10^{-6}/lesssim x /lesssim 10^{-4}$. The impact of recent LHCb measurements of heavy-flavour production on parton distribution functions was studied in a QCD analysis in the fixed-flavour-number scheme at next-to-leading order. Differential cross sections of charm and beauty production obtained by the LHCb experiment were used together with the combined inclusive and heavy-flavour production cross sections in deep inelastic scattering at HERA. The heavy-flavour data of the LHCb experiment impose constraints on the gluon and sea-quark distributions at very low partonic fractions of the proton momenta. This kinematic range is currently not covered by other experimental data in QCD fits. As the technical part of this thesis, the ZEUS Event Display program has been modified in the context of the ZEUS data preservation project to become independent of the ZEUS Software. The new program is a pure ROOT application. While it provides the main functionalities that were available in the classic program, it does not require any maintenance.