"Messung von Charm- und Beauty-Produktion in tiefunelastischer Streuung bei HERA"

"Measurement of charm and beauty production in deep inelastic scattering at HERA"

Kurzfassung

In dieser Arbeit werden zwei Messungen der Produktion schwerer Quarks in tiefunelastischer Streuung bei HERA vorgestellt. Wirkungsquerschnitte für die Produktion schwerer Quarks können im Rahmen der Quantenchromodynamik (QCD) berechnet werden. Die Massen der schweren Quarks stellen harte Skalen dar, die die Anwendung perturbativer Methoden ermöglichen.

Charm-Produktion wurde mit dem ZEUS-Detektor unter Verwendung einer integrierten Luminositat von 120 pb^-1 gemessen. Die hadronischen Zerfallskanäle D⁺ → K⁰_Sπ⁺, Λ_c⁺ → pK⁰_S und Λ_c⁺ → Λ π⁺ wurden rekonstruiert. Die Präsenz eines neutralen Strange-Hadrons im Endzustand reduziert den kombinatorischen Untergrund und erweitert die gemessene Sensitivität in den Bereich p_T(D⁺, Λ_c⁺) < 1.5 GeV. Der inklusive Wirkungsquerschnitt und differentielle Wirkungsquerschnitte in p_T²(D⁺), η(D⁺), Q² und x für die Produktion von D⁺-Mesonen befinden sich in sinnvoller Übereinstimmung mit Vorhersagen der perturbativen QCD. Der Anteil der c-Quarks, welcher in ein Λ_c⁺-Baryon fragmentiert, wurde aus einer Kombination beider untersuchter Λ_c⁺-Zerfälle bestimmt. Das Ergebnis ist konsistent mit vorherigen Messungen in Photoproduktion und mit dem Mittelwert aus Messungen in e⁺e^--Wechselwirkungen.

Die Produktion von Charm- und Beauty-Quarks wurde mit dem ZEUS-Detektor unter Verwendung der zwischen 2004 und 2007 aufgezeichneten Daten gemessen. Dieser Datensatz entspricht einer integrierten Luminosität von 354 pb^-1. Die Charm- und Beauty-Anteile in Ereignissen mit einem Jet wurden mit Hilfe der Signifikanz der Zerfallslänge und mit Hilfe der Masse von rekonstruierten sekundären Zerfallsvertizes bestimmt. Differentielle Wirkungquerschnitte in E_T^jet, η^jet, Q² und x stehen in sinnvoller Übereinstimmung mit Vorhersagen der perturbativen QCD. Die Beiträge von offener Charm- und Beauty-Produktion zur inklusiven Protonstrukturfunktion F₂ wurden aus doppelt differenziellen Wirkungsquerschnitten in x und Q² extrahiert. Die gemessenen Werte für F₂^cc und F₂bb sind in guterÜbereinstimmung mit vorherigen Messungen und theoretischen Vorhersagen. Diese Messung stellt die präziseste Bestimmung von F₂^bb am HERA-Beschleuniger in einem großen Teil des erreichbaren kinematischen Bereichs dar.

Erste Teststrahlmessungen mit dem EUDET Pixelteleskop wurden in den Jahren 2007 und 2008 durchgeführt. Messungen bei DESY und CERN zur Bestimmung der Präzision des sogenannten Demonstrator-Teleskops und seiner Sensoren werden beschrieben. Die räumliche Auflösung des kompletten Teleskops, bestehend aus sechs MAPS-Sensoren, beträgt 1.2 μm.

Titel

Kurzfassung

Summary

In this thesis two measurements of heavy quark production in deep inelastic scattering at HERA are presented. Cross sections for the production of heavy quarks can be calculated in quantum chromodynamics (QCD). The heavy quark masses represent hard scales, which allow to apply perturbative methods.

Charm production has been measured with the ZEUS detector using an integrated luminosity of 120 pb^-1. The hadronic decay channels D⁺ → K⁰_Sπ⁺, Λ_c⁺ → pK⁰_S and Λ_c⁺ → Λπ⁺ were reconstructed. The presence of a neutral strange hadron in the final state reduces the combinatorial background and extends the measured sensitivity into the region p_T(D⁺, Λ_c⁺) < 1.5 GeV. The inclusive cross section and differential cross sections in p_T²(D⁺), η(D⁺), Q² and x for the production of D⁺ measons are in reasonable agreement with predictions from perturbative QCD. The fraction of c quarks hadronising into Λ_c⁺ baryons was extracted from a combination of both investigated Λ_c⁺ decay channels. The result is consistent with a previous measurement in the photoproduction regime and with the average e⁺e^- value.

The production of charm and beauty quarks has been measured with the ZEUS detector using the data collected between 2004 and 2007. This data sample corresponds to an integrated luminosity of 354 pb^-1. The charm and beauty contents in events with a jet were determined using the decay-length significance and invariant mass of the reconstructed secondary decay vertices. Differential cross sections in E_T^jet, η^jet, Q² and x are in reasonable agreement with predictions from perturbative QCD. The open charm and beauty contributions to the inclusive proton structure function F₂ were extracted from double differential cross sections in x and Q². The obtained F₂^cc and F₂^bb values are in good agreement with previous measurements and theoretical predictions. This measurement represents the most precise determination of F₂^bb at the HERA collider in a large part of the accessible phase space.

First test beam measurements using the EUDET pixel telescope were performed in 2007 and 2008. Measurements performed at DESY and CERN to estimate the precision of the so-called demonstrator telescope and its sensors are described. The spatial resolution of the full telescope consisting of six MAPS sensors is 1.2 μm.