Studies of gauge boson production with a gamma-gamma collider at TESLA
Creators: name: Sekaric, Jadranka
Publisher: name: Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I
Year: 2006
Subjects: subject: Photon-Collider
subject: Eichbosonkopplungen
subject: Detektor
subject: Untergrund
subject: Photon Collider
subject: Gauge Boson Couplings
subject: Detector
subject: Background
subject: 530 Physik
subject: 29 Physik, Astronomie

description: Ohne ein Standard Modell Higgs werden Wechselwirkungen zwischen Eichbosonen stark bei hohen Energien. Jeder tri- und quadrilinare Eichboson-Vertex ist charakterisiert durch einen Satz von Kopplungen der schon bei niedrigeren Energien als der Skala für neue Physik von seiner Standardmodell- Erwartung abweichen sollte. Die genaue Messung der Eichbosonkopplungen gewährt daher Einblicke in den Mechanismus der elektroschwachen Symmetriebrechung und anomale Werte signalisieren neue Physik. Die Sensitivität der Messung der geladenen Eichboson Kopplungen an einem Photoncollider mit TESLA Parametern wurde studiert. Die betrachteten Prozesse sind ein- und zwei-W-Boson Produktion in Elektron-Photon und Photon-Photon Kollisionen bei einer Elektron-Elektron Energie von 500 GeV. Signal und Untergrund Ereignisse wurden im hadronischen Zerfallskanal analysiert und ein Satz von konsekutiven Schnitten wurde angewandt, die eine gute Effizienz und Reinheit des Signals ergaben. Die selektierten Ereignisse wurden durch kinematische Variablen beschrieben, die sensitiv sind auf anomale Kopplungen. Eine neue Methode wurde angewandt, um dies Winkelverteilungen in Anwesenheit von anomalen Kopplungen zu fitten. Dazu wurden die differentiellen Wirkungsquerschnitte in bis zu quadratischen Thermen in den Kopplungen entwickelt. Im Fit wurde diese Funktion benutzt, um die mehrdimensional gebinnten Verteilungen abhängig von den anomalen Kopplungen zu rewichten. Dabei wurde auch die Unsicherheit in der Normalisierung berücksichtigt. Außerdem wurden einige Quellen systematischer Fehler, z.B. durch die Strahlenergie, die W-Boson Masse und die Polarisationsmessung untersucht. Die erwarteten Fehler auf die Eichkopplungen bei einem Photon-Collider sind ca. zwei Größenordnungen kleiner als bei LEP und am Tevatron, so dass ein sehr präziser Test von Physik jenseits des Standardmodells möglich wird. Die Optimierung der Vorwärtsregion der Detektors reduziert den nieder- energetischen Untergrund auf ein tolerierbares Maß. Dies schafft die nötige saubere Umgebung für eine präzise Messung der Eichkopplungen.
description: In absence of the Standard Model (SM) Higgs boson the interaction among the gauge bosons becomes strong at high energies and influences the couplings between them. Each trilinear and quartic gauge boson vertex is characterised by a set of couplings which are expected to deviate from their SM values already at energies lower than the energy scale of the New Physics (NP). The precise measurement of gauge boson couplings can provide clues to the mechanism of the electroweak symmetry breaking and their anomalous values can be a sign of a NP effect beyond the SM. The sensitivity estimation of the measurement of charged trilinear gauge couplings (TGCs) at the Photon Collider based on TESLA parameters has been studied. The considered interactions are the single and double W boson production in electron-photon and photon-photon collisions (signals) at electron-electron centre-of-mass energy of 500 GeV. Signal and background events in the hadronic decay mode overlayed with the pileup, are simulated and analysed and a set of consecutive cuts is applied resulting in good signal efficiencies. The selected events are described with kinematical variables sensitive to TGCs. A new method has been applied to fit event angular distributions in the presence of anomalous TGCs expanding the dependence of the differential cross-section up to quadratic term in the TGCs. In the fit this expression is used to reweight the SM multi-dimensional binned distributions dependent on TGCs where also the uncertainty on the total normalisation is taken into account. Some sources of systematic errors are considered, as the beam energy, the W boson mass and the polarisation measurement. The estimated precisions of the TGC measurements at a photon collider are about one to two orders of magnitude higher than at LEP and Tevatron providing a measurement highly sensitive to the physics beyond the Standard Model. The optimisation of the forward region of the detector brings the amount of the low-energy background to the manageable level providing a clean environment for the TGC measurements at a photon collider with estimated precisions.