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Neuigkeiten vom FSP 103 ATLAS.

Das ATLAS Experiment präsentierte nach fünfjähriger Arbeit die erste Präzisionsmessung der W-Boson-Masse am LHC. Die vorhergesagte W-Boson-Masse im Standardmodell hängt insbesondere von der Top-Quark-Masse und der Masse des Higgs-Bosons ab. Mit einer genauen Messung im Vergleich zum vorhergesagten Wert kann folglich die Selbstkonsistenz des Standardmodells getestet werden. Die neue ATLAS-Messung resultiert in einer W-Boson-Masse von 80370 ± 19 MeV und erreicht somit die gleiche Genauigkeit wie die bisher beste Messung am Tevatron-Beschleuniger. Das Ergebnis ist in guter Übereinstimmung mit der Vorhersage des Standardmodells.
Die International Masterclasses haben in den letzten Jahren bewiesen, dass der Umgang mit experimentellen Originaldaten aus Experimenten der Hochenergiephysik für Schüler motivierend und besonders spannend ist. Um solche Programme zu fördern und auch um Praktika im Universitätsbereich realisierbar zu machen, hat die ATLAS-Kollaboration einen Teil der im Jahr 2012 bei einer Schwerpunktsenergie von 8 TeV aufgenommenen Daten im Rahmen des ATLAS Open Data Projekts veröffentlicht. Zusätzlich werden simulierte Daten bereitgestellt, welche Standardmodellprozesse und ausgewählte Prozesse neuer Physik umfassen. Begleitend dazu wird Software angeboten, die einen Startpunkt zur Erkundung der Daten und für eigene Entwicklungen darstellen kann. Ein erster auf den veröffentlichten Daten basierender Praktikumsversuch wurde an der TU Dortmund entwickelt und wird eingesetzt um Studenten fundamentale Konzepte der Datenanalyse zu vermitteln.
Seit Oktober hat ATLAS-D neue Convener für die sechs Physik-Gruppen zur Koordination der Analysen in Deutschland. Die erfahrenen Forscher werden in den nächsten zwei Jahren als zentrale Kontaktpersonen in den Bereichen Standard Modell, Top Physik, B-Physik, Higgs Physik, SUSY und Exotics Suchen fungieren.
Eine präzise Messung des differentiellen Wirkungsquerschnitts des sogenannten Drell-Yan Prozesses Z/γ → l+l- in Proton-Proton-Kollisionen liefert bei hohen invarianten Dilepton-Massen (116 GeV < mll < 1500 GeV) wichtige Informationen über die Quarkverteilungen im Proton, insbesondere für große Werte der Bjorkenvariable x. Bei hohen invarianten Dilepton-Massen spielt zudem ein von Photonen induzierter Beitrag eine wichtige Rolle (γγ → l+l-), der Rückschlüsse über die wenig bekannte Photonverteilung (Photon-PDF) im Proton zulässt. Der ATLAS Kollaboration ist es gelungen in diesem Bereich präzise doppelt-differentielle Wirkungsquerschnitte als Funktion der invarianten Masse und der Rapidität des Lepton-Paares (bzw. der Pseudorapiditätsdifferenz der beiden Leptonen) zu messen. Hierfür wurden Daten der ATLAS Kollaboration verwendet, die bei einer LHC-Schwerpunktsenergie von √s = 8 TeV aufgenommen wurden.
Ein interessantes Proton-Proton-Kollisionsereignis am LHC ist durch die “harte” Streuung zweier Partonen (Quarks oder Gluonen) charakterisiert, die Teilchen mit hohem transveralimpuls produzieren. In einem solchen Streuereignis finden aber auch weitere Parton-Parton-Streuungen statt, die zusätzliche Teilchen erzeugen. Man spricht auch vom sogenannten “Underlying Event”, das sich nicht vom harten Streuereignis trennen lässt. Die Effekte des “Underlying Event” können in der Simulation einer Proton-Proton-Kollision nur durch Modelle beschrieben werden, die an die Daten angepasst werden müssen. Die ATLAS-Kollaboration hat eine Datenanalyse vorgestellt, die es erlaubt, die Eigenschaften des “Underlying Event” mit neuen Meßgrößen zu untersuchen. Die Resultate werden helfen, die Simulationsmodelle für das “Underlying Event” zu verbessern. Die Analyse hat erfolgreich eine neue Methode angewendet, um den Effekt von zusätzlichen Proton-Proton-Streuungen in der selben Begegnung der Protonpakete zu korrigieren.
Der ATLAS Kollaboration ist es gelungen, die Masse des Topquarks (mtop ) im Zwei-Lepton Zerfallskanal von Topquarkpaaren (tt→ νl νl bb) zum ersten Mal mit einer Präzision von unter 1 GeV zu messen. Das Resultat aus den √s = 8 TeV Proton–Proton Daten von 2012 ist mtop = 172.99 ± 0.41 (stat) ± 0.74 (syst) GeV, mit einem Gesamtfehler von 0.84 GeV. Die Kombination mit den Messungen aus den √s = 7 TeV Daten im Lepton+Jets (tt → ν qq' bb ) und Zwei-Lepton Kanal ergibt mtop = 172.84 ± 0.34 (stat) ± 0.61 (syst) GeV, also einen Gesamtfehler von 0.70 GeV.
Im Laufe des Jahres 2015 wurde in der ATLAS-Kollaboration zum ersten Mal ein Algorithmus zur Rekonstruktion der einzelnen Zerfallsprodukte jedes hadronisch zerfallenden Tau-Leptons zur Einsatzreife entwickelt. Dies führt zu einer signifkanten Verbesserung von Energie- und Richtungsaufösung des sichtbaren Tau-Leptons. Damit gehen mehrere Vorteile einher, die vorher nicht zugänglich waren: Zum einen verbessert sich die Sensitivität von Suchen und bestehenden Analysen, wenn das Higgs-Boson besser von Untergrundprozessen unterschieden werden kann. Und zum anderen eröffnet es ganz neue Möglichkeiten, z.B. zur Bestimmung des CP-Mischungswinkels des Higgs-Bosons in fermionischen Zerfällen.
In einer neuen Analyse der ATLAS-Kollaboration wurden zum ersten Mal systematisch die Effizienzen verschiedener Top-Tagging-Methoden doppelt-differentiell als Funktion der Pseudorapidität und des Transversalimpulses des betrachteten breiten Jets (fat jet) gemessen. Diese Ergebnisse sind für Suchen nach neuer Physik und Messungen von Standardmodell-Prozessen mit hochenergetischen Top-Quarks relevant.
Auf dem ATLAS-Kollaborationstreffen im Februar 2016 werden mit Ruth Pöttgen und Nils Ruthmann zwei Promovierende des FSP-ATLAS mit dem ATLAS Thesis Award ausgezeichnet. Mit diesem Preis werden herausragende Doktorarbeiten und Beiträge zur Kollaboration gewürdigt. In diesem Jahr werden insgesamt vier Auszeichnungen verliehen, eingegangen waren 33 Nominierungen.
Als erstes Experiment weltweit hat ATLAS die elektroschwache Produktion einzelner Top-Quarks in Proton-Proton-Stößen im sehr seltenen s -Kanal beobachtet, in dem Top-Quarks über die Annihilation eines Quarks und eines Antiquarks in ein W-Boson erzeugt werden. Das Signal wurde in Ereignissen mit einem Lepton, zwei b-Jets und fehlender Energie nachgewiesen. Nach Subtraktion aller Untergrundprozesse verbleiben etwa 500 Signalereignisse, entsprechend einer Signifikanz von mehr als drei Standardabweichungen. Die gemessene Reaktionsrate stimmt sehr gut mit der Vorhersage des Standardmodells der Elementarteilchenphysik überein. Dies komplettiert den Nachweis aller drei im Standardmodell erwarteten Produktionskanäle für einzelne Top-Quarks und eröffnet neue Perspektiven für den Test des Standardmodells in kombinierten Analysen.
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