Studie zu supersymmetrischen Prozessen mit Taus im ... - LHC/ILC

1 Einleitung
Auf der Suche nach einer fundamentalen Theorie der grundlegenden Bausteine der Materie
und ihren Wechselwirkungen hat sich das Standardmodell der Teilchenphysik im bis heute
experimentell zugänglichen Bereich als erfolgreiches Konzept erwiesen, das die beobachteten
Phänomene mit großer Präzision vorhersagen kann. Es gibt jedoch zahlreiche Hinweise
darauf, dass es sich bei der bisherigen Formulierung der Theorie um eine im Niedrigenergiebereich
gültige Näherung einer übergeordneten, fundamentaleren Theorie handelt: das
Universum scheint nur zu ca. fünf Prozent aus der durch das Standardmodell beschriebenen
Materie zu bestehen, die große Anzahl freier Parameter und die Hierarchie zwischen der
elektroschwachen Energieskala und der Planck-Skala bleiben unerklärt, und die Entwicklung
der Kräfte mit steigender Energie passt nicht zur im Urknallmodell angenommenen
Vereinheitlichung im frühen Universum.
Mit der zunehmenden Verbesserung der experimentellen Möglichkeiten wird nun in den
Bereich vorgedrungen, in dem das Standardmodell an seine Grenzen stößt: auf der von dem
am Ende diesen Jahres in Betrieb gehenden Beschleunigers LHC erreichten Energieskala
kann das Auftreten neuer Physik erwartet werden. Eine der vielsprechendsten Theorien
zur Erweiterung des Standardmodells ist die Supersymmetrie, die durch die Annahme
einer Symmetrie zwischen Fermionen und Bosonen einen Großteil der im Standardmodell
auftretenden Probleme lösen kann. Von den supersymmetrischen Theorien ist die minimale
Supergravitation (mSUGRA) aufgrund von Ansätzen zur Einbindung der Gravitationskraft
besonders reizvoll.
In dieser Arbeit wird für zwei Punkte des mSUGRA-Parameterraumes untersucht, wie
mit dem ATLAS-Detektor am LHC anhand von Tau-Leptonen enthaltenden Endzuständen
geprüft werden kann, ob das Modell mSUGRA in der Natur realisiert ist. Des Weiteren
wird eine Methode entwickelt, für den in diesem Modell wichtigen Zerfall ˜χ 0 2 → ˜τ1τ → ˜χ 0 1ττ
den Endpunkt der invarianten Massenverteilung der beiden Taus zu bestimmen, aus dem
in Kombination mit anderen Observablen die Massen der beteiligten Teilchen und daraus
schließlich die Parameter des Modells bestimmt werden können.
Im zweiten Kapitel wird nach einer kurzen Einführung des Standardmodells der Teilchenphysik
dessen supersymmetrische Erweiterung erläutert, in Kapitel 3 und 4 folgen die
Beschreibungen des ATLAS-Experimentes und der Programme für dessen Simulation, und
in Kapitel 5 wird schließlich die Analyse dargestellt.
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