Authors:	Zimmermann, Christoph
Title:	Towards a first precision measurement of the mass of the W-boson with the ATLAS detector at root out s = 7 TeV
Online publication date:	10-Jul-2016
Year of first publication:	2016
Language:	english
Abstract:	The W boson, being one of the exchange bosons of the weak interaction, is one of the fundamental particles in the Standard Model of particle physics. The value of its mass cannot be derived within the framework of the Standard Model; on the contrary, it is one of the free parameters which have to measured experimentally in order for the Standard Model to make predictions. Moreover, an experimental determination of the mass of the W boson allows for a test of the internal consistency of the Standard Model, which is of high importance, since the Standard Model is expected to be only an effective theory. This means, that beyond a certain threshold of precision, inconsistencies within the Standard Model are expected to appear, pointing at a new, underlying theory of broader scope and explanatory power. A precision measurement of the mass of the W boson is challenging both in terms of modeling the processes leading to its production, as well as the understanding of the particle detector with which its decay products are measured. The ATLAS detector used for this task is one of the most advanced particle detectors currently in use. It is located at the European Laboratory for Particle Physics (CERN) close to Geneva, Switzerland. Supplied by the Large Hadron Collider with proton beams of intensities and energies never reached before in a laboratory environment, ATLAS detected more than ten million events containing leptonic decays of W bosons at a center of mass energy of 7 TeV in the year 2011. This allows for a precise measurement of the mass of the W boson. Based on a significant sub-set of these events, corresponding to an integrated luminosity of 100 1/pb, a first measurement of the mass of the W boson based on muonic W boson decays observed at ATLAS, is presented in this thesis. The resulting value is MW = 80.380 +/- 0.045(stat.) +/- 0.021(sys.) GeV. Apart from the measurement itself, studies necessary for an accurate modeling of the detector are presented. Als Austauschteilchen der schwachen Wechselwirkung ist das W-Boson ein zentraler Bestandteil des Standardmodells der Teilchenphysik. Seine Masse ist im Rahmen des Standardmodells ein fundamentaler Parameter, der sich nicht vollständig aus der Theorie ergibt. Nur mithilfe experimenteller Messungen solcher Größen lassen sich aus dem Standardmodell Vorhersagen über tatsächlich beobachtete Prozesse ableiten. Darüber hinaus erlaubt eine genaue Kenntnis der Masse des W-Bosons auch einen Test der inneren Konsistenz des Standardmodells. Dies ist von besonderem Interesse, da im Allgemeinen angenommen wird, dass es sich bei dem Standardmodell nur um eine effektive Theorie handelt, von der erwartet wird, dass sie eine Vereinfachung einer tieferen, weitreichenderen Theorie darstellt. Die Messung der Masse des W-Bosons stellt sehr hohe Ansprüche an das Verständnis der Prozesse, die zu seiner Produktion führen, wie auch des Detektors, der zum Nachweis seiner Zerfallsprodukte genutzt wird. Letzteres beinhaltet insbesondere die Wahrscheinlichkeit, dass diese Zerfallsprodukte aufgezeichnet und korrekt identifiziert werden. Der ATLAS-Detektor, beheimatet am Europäischen Labor für Teilchenphysik (CERN) nahe Genf, ist einer der fortschrittlichsten Teilchendetektoren, die gegenwärtig in Betrieb sind. Durch die weltweit unerreicht hohe Energie und Intensität der Protonenstrahlen, die vom LHC bereit gestellt werden, und die in seinem Inneren zur Kollision gebracht werden, konnten im Jahr 2011 über zehn Millionen leptonische Zerfallsereignisse von W-Bosonen bei einer Schwerpunktsenergie von 7 TeV aufgezeichnet werden. Dies lässt eine hochpräzise Messung der W-Masse zu. Basierend auf einer aussagekräftigen Teilmenge dieser Ereignisse, entsprechend einer integrierten Luminosität von 100 1/pb, wird in dieser Dissertation eine erste Messung der W-Masse mit Daten des ATLAS-Detektors im myonischen Zerfallskanal des W-Bosons vorgestellt. Das Ergebnis dieser Messung ist MW = 80.380 +/- 0.045(stat.) +/- 0.021(sys.) GeV. Darüber hinaus werden neben der eigentlichen Messung Studien präsentiert, die zu dem dafür notwendigen Detektorverständnis beigetragen haben.
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-4080
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-diss-1000005665
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent:	xi, 265 Seiten
Appears in collections:	JGU-Publikationen