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High precision measurement of Gamma(Z->bbbar)/Gamma(Z->hadrons) with the DELPHI detector at LEP collider

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22 - Física
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High precision measurement of Gamma(Z->bbbar)/Gamma(Z->hadrons) with the DELPHI detector at LEP collider

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dc.contributor.advisor	De la Vaissière, Christian
dc.contributor.advisor	Castillo Giménez, María Victoria
dc.contributor.advisor	Higón Rodríguez, Emilio
dc.contributor.author	Martínez Vidal, Fernando
dc.contributor.other	Departament de Física Atòmica, Molecular i Nuclear	es_ES
dc.date.accessioned	2013-01-23T11:59:26Z
dc.date.available	2013-01-24T07:10:03Z
dc.date.issued	1997
dc.date.submitted	27-11-1997	es_ES
dc.identifier.uri	http://hdl.handle.net/10550/25744
dc.description.abstract	Among the measurements available at the Z pole centre-of-mass energy, the ratio of the Z partial width into bbbar quark pairs and its total hadronic partial width, Rb0 = Gamma(Z -> bbbar}) / Gamma(Z -> hadrons), is currently rousing particular interest. Most electroweak and QCD radiative corrections cancel in the ratio, leaving Rb0 sensitive essentially to corrections to the Z -> bbbar vertex, like the large CKM coupling to the top quark. Due to the high quality of the agreement between the Standard Model and most of the precise observations, together with the recent top quark discovery and its direct mass measurement, the parameters of the Standard Model become better constrained.A precise measurement of Rb0 at 0.5% level thus tests not only the Standard Model but also the presence of novel radiative vertex corrections. In this way, Rb0 is currently one of the most interesting windows in the search for physics beyond the Standard Model. Experimentally, Rb0 can be obtained with only very small corrections from the ratio of cross-sections Rb = sigma(e+e- -> bbbar) / sigma(e+e- -> hadrons). These small corrections are due to the photon propagation contribution. This thesis reports on the measurement of Rb performed with the DELPHI detector at CERN LEP collider, using the full LEP 1 statistics recorded between 1991 and 1995. About 60% of these data were taken with a high precision double sided silicon microvertex detector, and all the rest with a single sided silicon detector providing high resolution only in the plane transverse to the colliding beams. A total of about 4.2M hadronic Z decays were recorded and analyzed, together with about twice the data sample statistics of simulated hadronic events. In addition, dedicated Z -> bbbar samples were used, corresponding to an equivalent amount of also twice the data sample size. The precise measurement of Rb relies on high purity/efficiency hemisphere b tagging techniques. Due to the particular multihadronic topology of Z events at LEP 1 energies, multivariate methods provide efficient tools for performing a global flavour tagging by hemispheres, especially b identification.To optimize the event information and the high tracking resolution of the DELPHI detector, the following features are included in the algorithms: three-dimensional and independent primary vertex reconstruction for each hemisphere of the event, reducing hemisphere-hemisphere tagging efficiency correlations; three-dimensional secondary vertexing and invariant mass reconstruction;three-dimensional impact parameters and related quantities; event shape properties, such as transverse and total momenta, rapidity and sphericity of decay products. For the precise determination of Rb, events are divided into hemispheres by the plane perpendicular to the thrust axis. Each hemisphere is then classified into six mutually exclusive tagging categories or tags ordered by decreasing b purity: b-tight, b-standard, b-loose, charm, uds and no-tag. There are 20 different observables (combinations of two independent hemisphere tags) and 17 independent unknowns: Rb, Rc and 15 uds, c and b tagging efficiencies. The uds and c efficiencies of the b-tight tag (whose mean $b$ purity is greater than 98%) are estimated from the Monte Carlo simulation of the experiment and Rc is taken to be 0.172 from the electroweak theory. All the other efficiencies and Rb are fitted directly to data, reducing statistical and systematic errors. The quoted result was Gamma(Z -> bbbar) / Gamma(Z -> hadrons) = 0.21658 \+- 0.00076 (stat.) \+- 0.00087 (syst.) - 0.025 x (Rc -0.172), where the first error is statistical and the second one systematic. The explicit dependence with the assumed value of Rc is also given. This number is still preliminary. Within a 0.53% relative precision, the result is in good agreement with the current Standard Model expectation, Rb0 = 0.2158+-0.0003, as predicted for a top quark mass of 175.6+-5.5 GeV/c2 as measured at FNAL. If the radiative corrections (dominated by top quark effects) were left out of the electroweak calculation, the expected result would be Rb0 = 0.2183+-0.0001. Therefore, this measurement shows evidences that the Z -> bbbar vertex is dominated by radiative corrections due to the top quark. This experimental result is consistent with other precise determinations performed at LEP/SLC colliders, but it is the more precise one.	en_US
dc.description.abstract	Entre las medidas disponibles a la energía en centro de masas correspondiente al polo del bosón Z, la fracción de la anchura parcial a pares de quarks bbbar y su anchura parcial hadrónica, Rb0 = Gamma(Z -> bbbar) / Gamma(Z -> hadrones),tiene actualmente un especial interés. Prácticamente todas las correcciones radiativas electrodébiles y de QCD cancelan al realizar el cociente, de forma que Rb0 es esencialmente sensible sólo a las correcciones al vértice Z -> bbbar, como el fuerte acoplamiento CKM al quark top. Dado el excelente acuerdo entre el Modelo Estándar y la mayor parte de las observaciones de precisión, junto con el reciente descubrimiento del quark top y la determinación directa de su masa, los parámetros del Modelo Estándar quedan muy restringidos. Por ello, una medida de precisión de Rb0 al 0.5% no solamente examina el Modelo Estándar sino que además prueba la presencia de nuevas correcciones radiativas al vértice. De esta forma, Rb0 es actualmente una de las vías más interesantes en la búsqueda de física más allá del Modelo Estándar. Rb0 puede obtenerse experimentalmente, con muy pequeñas correcciones, a partir del cociente de secciones eficaces Rb = sigma(e+e- -> bbbar) / sigma(e+e- -> hadrones). Estas correcciones se deben a la contribución del propagador fotónico. Esta tesis presenta la medida de R_b realizada con el detector DELPHI del colisionador LEP del CERN, utilizando la estadística completa de LEP 1 registrada entre 1991 y 1995. Alrededor del 60% de estos datos fueron tomados con un detector de microvértices de silicio de doble cara, y los restantes con uno equivalente pero de simple cara que suministraba información de precisión sólo en el plano transverso a los haces del colisionador. En total, cerca de 4.2M de desintegraciones hadrónicas del Z han sido analizadas, junto con aproximadamente el doble de estadística de sucesos hadrónicos simulados. Además, se han utilizado muestras dedicadas de sucesos Z -> bbbar, cuyo tamaño equivalente es similar al del resto de los sucesos simulados. La medida precisa de Rb está estrechamente relacionada con el desarrollo de técnicas de alta pureza/eficiencia para el etiquetado por hemisferios de quarks b. Debido a la particular topología multihadrónica de los sucesos Z a las energías de LEP 1, los métodos multivariados ofrecen amplias posibilidades para realizar un etiquetado global de sabores por hemisferios, con especial énfasis en la identificación del sabor b. Con el fin de optimizar la información del suceso y la elevada resolución en la reconstrucción de trazas del detector DELPHI, los algoritmos desarrollados incluyen las siguientes características: reconstrucción tridimensional e independiente para cada hemisferio del vértice primario del suceso, con la consiguiente reducción de correlaciones hemisferio-hemisferio en las eficiencias de identificación; reconstrucción tridimensional de vértices secundarios y masas invariantes; parámetros de impacto tridimensionales y cantidades relacionadas; propiedades topológicas del suceso, como momento transverso, momento total, rapidity y esfericidad de los productos de la desintegración. Para la determinación precisa de Rb, los sucesos son inicialmente divididos en dos hemisferios utilizando para ello el plano perpendicular al eje thrust. Cada hemisferio es entonces clasificado en una de entre seis categorías excluyentes de etiquetado (tags) ordenadas por pureza decreciente de sabor b: b-tight, b-standard, b-loose, charm, uds y no-tag. De esta forma hay 20 observables distintos (combinaciones de dos categorías independientes de hemisferio) y 17 incógnitas independientes: Rb, Rc y 15 eficiencias de identificación de quarks uds, c y b. Las eficiencias uds y c de la categoría b-tight (cuya pureza media en quarks b es mayor del 98%) se calculan con la ayuda de la simulación Monte Carlo del experimento y Rc se fija a su valor 0.172 predicho por la teoría electrodébil. Todas las demás eficiencias y Rb se ajustan entonces directamente a los datos, con la consiguiente reducción de errores estadísticos y sistemáticos. El resultado que se obtiene es \Gamma(Z -> bbbar) / Gamma (Z -> hadrones)} = 0.21658 +- 0.00076 (stat.) +- 0.00087 (syst.) - 0.025 x (Rc -0.172), donde el primer error es estadístico y el segundo sistemático. El último término de este resultado es la dependencia explícita con el valor tomado de Rc. Este valor es todavía preliminar. Dentro de una precisión relativa del 0.53%, el valor obtenido está en buen acuerdo con la predicción actual del Modelo Estándar, Rb0 = 0.2158+-0.0003, para una masa del quark top de 175.6+-5.5 GeV/c2, tal como se ha medido en el FNAL.Si las correcciones radiativas (dominadas por los efectos del quark top) se omiten en los cálculos electrodébiles, el resultado que se obtendría es Rb0 = 0.2183+-0.0001. Por lo tanto, esta medida muestra evidencias de que el vértice Z -> bbbar está dominado por correcciones radiativas debidas al quark top. Este resultado experimental es consistente con otras determinaciones precisas realizadas en los colisionadores LEP/SLC, pero es la más precisa de todas ellas.	es_ES
dc.format.extent	233 p.	es_ES
dc.language.iso	en	es_ES
dc.subject	CERN	es_ES
dc.subject	DELPHI	es_ES
dc.subject	interacciones electrodébiles	es_ES
dc.subject	quarks pesados	es_ES
dc.subject	física de partículas	es_ES
dc.subject	búsqueda de nueva física	es_ES
dc.subject	LEP	es_ES
dc.title	High precision measurement of Gamma(Z->bbbar)/Gamma(Z->hadrons) with the DELPHI detector at LEP collider	es_ES
dc.type	doctoral thesis	es_ES
dc.subject.unesco	UNESCO::FÍSICA::Física de altas energías	es_ES
dc.embargo.terms	0 days	es_ES