Authors:	Düdder, Andreas Christian
Title:	First Measurement of the Branching Ratio Fraction BR(W to tau nu to mu nu nu)/BR(W to mu nu) in sqrt(s) = 7 TeV Proton-Proton Collisions with the ATLAS Detector and Realization of a Production Facility for Large Scale Micromegas Drift Boards
Other Title:	First Measurement of the Branching Ratio Fraction BR(W→τν →μνν)/BR(W→μν) In √s = 7 TeV Proton-Proton Collisions with the ATLAS Detector and Realization of a Production Facility for Large Scale Micromegas Drift Board
Online publication date:	28-Nov-2019
Year of first publication:	2019
Language:	english
Abstract:	Die Forschungseinrichtung CERN in Genf ist das weltgrößte Teilchenphysiklabor und beheimatet mit dem Large Hadron Collider (LHC) den höchstenergetischen Teilchenbeschleuniger. Mit der Entdeckung des Higgs Bosons 2012 durch die LHC Experimente ATLAS und CMS wurde ein Meilenstein im Verständnis des Standard Modells der Teilchenphysik erreicht. Die Suche nach neuen Teilchen und im Allgemeinen, nach neuer Physik, ist eine der Hauptgründe für Hochenergieteilchenphysikexperimente. Unbekannte Teilchen können zum einen durch ihre direkte Erzeugung in Teilchenkollisionen nachgewiesen werden, zum anderen kann auf sie aber auch durch Abweichungen von Präzisionsmessungen von der Standard Modell Vorhersage geschlossen werden. Treten neue Teilchen oder Wechselwirkung als Beitrag in bekannten Prozessen auf, kann beispielsweise das Verzweigungsverhältnis von Teilchenzerfällen verändert werden. In dieser Arbeit wird eine erste Messung des W-Boson Zerfallsverhältnisses BR(W to tau nu nu to mu nu nu)/BR(W to mu nu) am LHC vorgestellt. Dieser Prozess ist relevant, da fühere Messungen Hinweis auf eine Verletzung der Leptonuniversalität in der dritten Generation gegeben haben. Die Messung wurde als ein Templatefit kinematischer Variablen der Monte Carlo simulierten Detektorsignale an die gemessenen Daten implementiert. Im Rahmen dieser Analyse wurde die wohlverstandenen Daten und Simulationen der $W$~Boson Massenmessung bei einer Schwerpunktenergie von sqrt(s) = 7 TeV verwendet. Innerhalb der kinematischen Schnitte dieser Analyse wurde das Verzweigungsverhältnis BR W to tau nu to mu nu nu) = 0.228 + 0.024(0.010)-0.023(0.010) bei einer Messgenauigkeit von 13% gemessen, wobei eine untersuchte Erweiterung des kinematischen Bereichs eine 4% Ungenauigkeit und damit einen Einfluss auf den Weltmittelwert erwarten lässt. Da der LHC dauerhaft weiterentwickelt wird und die Umsetzung des Hochraten LHC beschlossen wurde, müssen auch die Teilchendetektoren an die höheren Interaktionsraten angepasst werden um zukünftige Präzisionsmessungen zu gewährleisten. Im Rahmen des ATLAS New Small Wheel Upgrades für verbesserte Hochratentriggerbedingungen wurde im Rahmen dieser Arbeit eine Produktionsstätte für hochplanare großflächige Detektorkomponenten aufgebaut. Neben den Produktionsprozessen und der Infrastruktur wurde die Qualitätssicherung und -kontrolle entwickelt, die anlaufende Produktion geleitet und die laufende Produktion begleitet. Die Ergebnisse der Qualitätskontrolle zeigen, dass die Produktion nicht nur mit Abstand als erste in der Kollaboration abgeschlossen werden konnte, sondern auch 90% der Produkte die ATLAS Anforderungen erfüllten. Die übrigen Komponenten konnten nach einer geringfügigen Aufarbeitung ebenfalls zum Einbau im New Small Wheel freigegeben werden. In dieser Arbeit wird der komplette Ablauf von der Werkzeugentwicklung über die Produktionsabläufe bis zur Qualitätssicherung dargelegt. The CERN research complex at Geneva is the worldwide largest high energy particle lab hosting with the Large Hadron Collider (LHC) the most powerful accelerator. A major step in our understanding of the Standard Model, as the base of particle physics, was achieved by the LHC experiments ATLAS and CMS with the discovery of the Higgs boson in 2012. The search for new particles and in general new physics is the driving motivation for high energy particle physics experiments. New particles can be either detected at the so called high energy frontier, by their direct production in particle collisions, or via hints in precision measurement. As new particles or couplings occur as contributions to known Standard Model processes, for example the branching ratio of a decay may be altered. This thesis presents the first branching ratio fraction measurement of the $W$~boson decay BR(W to tau nu nu to mu nu nu)/BR(W to mu nu) at the LHC. This process is of interest, as hints for a violation of the lepton universality were found in decays to the third generation. The measurement was implemented as a template fit of the Monte Carlo simulated detector signals for the relevant processes to the measured data and the expected sensitivity has been estimated. This analysis was based on the well understood data and simulation used for the measurement of the $W$ mass at sqrt(s) = 7 TeV. Within the kinematic range of that measurement, the branching ratio BR W to tau nu to mu nu nu) = 0.228 + 0.024(0.010)-0.023(0.010) with a sensitivity of 13% was found, with a perspective to a 4% sensitivity for relaxed kinematic cuts, which becomes compatible for the inclusion in the world average. As the LHC is under constant development and improvement and the perspective for the high luminosity LHC with larger interaction rates was set, the detectors need to improved to keep up with the event reconstruction at higher occupancies to allow for future precision measurements. In the perspective of the ATLAS New Small Wheel upgrade for a improved event triggering during the data taking at high multiplicities, a production facility for high planarity large scale gas detector components was set up in the scope of this thesis. Besides the mechanical infrastructure for the component production, the quality control methods have been developed and characterized, the starting production was lead and the whole series production was accompanied. The quality control results show, that not only the production could be finished by far as the first production site in the collaboration, but also 90% of the components fulfill the quality requirement of the ATLAS collaboration and the remaining parts could be accepted for the assembly after a small reworking. In this work the full chain of the detector construction, from the tooling development over the production principle to the quality control methods, documentation and results is presented.
DDC:	530 Physik 530 Physics
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 08 Physik, Mathematik u. Informatik
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-2383
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-diss-1000031863
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent:	ix, 213 Seiten
Appears in collections:	JGU-Publikationen