"MSSM-Higgsboson-Produktion an einem zukünftigen Linearbeschleuniger und Messung von F₂^cc und F₂^bb bei kleinem Q² mit dem H1 Detektor"

"MSSM Higgs Boson Production at a Future Linear Collider and Measurement of F₂^cc and F₂^bb at Low Q² DIS at H1"

Kurzfassung

Der erste Teil der vorliegenden Arbeit behandelt eine Studie zur Abschätzung des Potentials des geplanten International Linear Colliders (ILC), der Kollisionen von Elektronen und Positronen bei Schwerpunktsenergien im Bereich von 500-1000 GeV erforschen soll. Untersucht wird die Messung der MSSM-Higgsboson-Produktion. Hierzu wird die assoziierte Higgsboson-Produktion mit anschließendem Zerfall der Higgsbosonen in b-Quarks e⁺e^- → HA → bbbb unter der allgemeinen Annahme eines maximalen Wirkungsquerschnittes sin²(β-α) = 1 bei zwei Schwerpunktsenergien(√s = 500 GeV und 800 GeV) und einer angenommenen integrierten Luminosität von L = 500 fb^-1 analysiert. Sowohl für die Messung der Higgsbosonen-Massen, als auch für die Bestimmung der für die Produktion geltenden Wirkungsquerschnitte werden die bbbb-Endzustände rekonstruiert. Die Präzision beider Messungen wird in Abhängigkeit der Higgsbosonen-Massen bestimmt. Unter experimentellen Bedingungen wird die erreichbare Genauigkeit der Higgsbosonen-Massen im Bereich von einigen 100 MeV bis hin zu 1,0 GeV liegen. Der topologische Wirkungsquerschnitt σ(e⁺e^-→ HA→ bbbb) kann mit einer relativen Genauigkeit von 1,5 - 6,6 % gewonnen werden.

Die Grenze des Entdeckungspotentials von 5σ liegt bei etwa 385 GeV für √s = 800 GeV und L =500 fb^-1 für Higgsbosonen mit entarteten H- und A-Massen. Die Analyse wurde auf den Prozess e⁺e^- → H₂H₃ →→ bbbb in zwei CP-verletzenden MSSM Szenarien angewendet und bei einer Schwerpunktsenergie von 500 GeV bzw. 800 GeV und einer integrierten Luminosität von 500 fb^-1 untersucht. Das Potential der Massenbestimmung der Higgsbosonen für den Referenzpunkt SPS 1a für den Prozess e⁺e^- → HA → bbbb bei √s = 1 TeV und L = 1000 fb^-1 wird untersucht.

Die Sensitivität auf den CP-verletzenden Parameter, d.h. die Phase der weichen, die Supersymmetry brechenden, trilinearen Kopplung des top (bottom) Squarks an das Higgsboson arg(A_t,b), wird gezeigt.

Im zweiten Teil der Arbeit wird die Messung der inklusiven Charm- und Beauty-Wirkungsquerschnitte bei Positron-Proton-Kollisionen (e⁺p) am HERA-Beschleuniger bei DESY für Werte der Photon-Virtualität von 12 ≤ Q² ≤ 60 GeV² und der Bjorkenschen Skalen-Variablen 0,0002 ≤ x ≤ 0,005 präsentiert. Für die Analyse werden e⁺p-Streuereignisse mit Austausch eines neutralen Stroms verwendet. Die Daten wurden in den Jahren 1999 und 2000 mit dem H1-Detektor bei einer e⁺p-Schwerpunktsenergie von √s = 319 GeV aufgezeichnet. Dieses entspricht einer integrierten Luminosität von L = 57,4 pb^-1.

Die Bestimmung der Anteile von Ereignissen mit Charm- und Beauty-Quarks beruht auf der Messung des sogenannten Impact-Parameters in der Ebene senkrecht zur Strahlrichtung der Zerfallsprodukte langlebiger b- und c-Hadronen mit dem H1-Vertex-Detektor.

Aus den Daten erhält man die Werte der beiden Strukturfunktionen F₂^cc und F₂^bb, wobei dieses die erste Messung von F₂^bb im oben angegebenen kinematischen Bereich darstellt. Die Ergebnisse sind sowohl mit den Vorhersagen der perturbativen Quantenchromodynamik, als auch mit früheren Messungen von F₂^cc vergleichbar. Der Charm-Wirkungsquerschnitt trägt durchschnittlich zu 24 % zum inklusiven e⁺p-Wirkungsquerschnitt bei, während der Beauty-Anteil von 0,4% bei Q² = 12 GeV² auf 1,5% bei Q² = 60 GeV² zunimmt.

Titel

Kurzfassung

Summary

In the first part of the thesis the potential of the e⁺e^- International Linear Collider (ILC) operated at a centre of mass energy of 500 to 1000 GeV is studied for the measurement of the MSSM Higgs boson production. The process of associated Higgs boson production with subsequent Higgs decays into b-quarks e⁺e^- → HA → bbbb is analysed under the general assumption of the maximal cross section, sin²(β-α) = 1, at a centre of mass energy of 500 GeV and 800 GeV and an assumed integrated luminosity of 500 fb^-1. The Higgs boson masses and production cross sections can be measured by reconstructing the bb final states. The precision of these measurements is evaluated in dependence of the Higgs boson masses. Under the assumed experimental conditions a statistical accuracy ranging from several hundred MeV to 1.0 GeV is achievable on the Higgs boson mass. The topological cross section σ(e⁺e^- → HA → bbbb) can be determined with the relative precision of 1.5 - 6.6%. The 5σ discovery limit corresponds to a Higgs mass of around 385 GeV for the degenerate H and A Higgs boson masses at √s = 800 GeV} with an integrated luminosity of 500 fb^-1. The general analysis is applied to the process e⁺e^- → H₂H₃ →→ bbbb in two CP violating MSSM scenarios and studied at a centre of mass energy of 500 GeV and 800 GeV with an integrated luminosity of 500 fb^-1. The potential of the Higgs mass determination for the benchmark point SPS 1a for the process e⁺e^- → HA → bbbb at √s = 1 TeV with an integrated luminosity of 1000 fb^-1 is also investigated. The sensitivity to the CP violating parameter, the phase of the soft SUSY-breaking trilinear coupling of the top (bottom) squarks to the Higgs boson arg(A_t,b) is demonstrated.

In the second part of the thesis the measurements of inclusive charm and beauty cross sections in e⁺p collisions at HERA for values of photon virtuality 12 ≤ Q² ≤ 60 GeV² and of the Bjorken scaling variable 0.0002 ≤ x ≤ 0.005 are presented. The analysis is based on a sample of e⁺p neutral current scattering events corresponding to an integrated luminosity of 57.4 pb^-1, taken in the years 1999-2000 with the H1 detector, at an e⁺p centre of mass energy √s = 319 GeV. The method of determining the fractions of events containing charm and beauty quarks is based on the impact parameter in the transverse plane of tracks from decays of long lived c and b hadrons as reconstructed in the H1 vertex detector. The values of the structure functions F₂^cc and F₂^bb are obtained. This is the first measurement of F₂^bb in this kinematic range. The results are found to be compatible with the predictions of perturbative quantum chromodynamics and with previous measurements of F₂^cc. The charm cross section contributes on average 24% of the inclusive ep cross section, and the beauty fraction increases from 0.4% at Q² = 12 GeV² to 1.5% at Q² = 60 GeV².