Untersuchung der Effizienz und Reinheit von b-Jet-Zuordnungen in ...

2 Physikalische Grundlagen der Analyse
2.2 Top-Quark-Eigenschaften
Das Top-Quark nimmt aufgrund seiner Masse und seiner kurzen Lebensdauer einen speziellen
Platz unter dem Quarks und im Standard Modell allgemein ein. Es ist das schwerste der Teilchen
des Standardmodells und koppelt somit auch am stärksten an das Higgs-Boson. Aufgrund seiner
kurzen Lebensdauer zerfällt es bevor es hadronisieren kann. Durch den schnellen Zerfall lassen
sich auch Observablen bestimmten, die sensitiv auf den Spin des Top-Quarks sind, da dieser
nicht durch äußere Einwirkung depolarisiert werden kann. Diese und weitere Eigenschaften sind
in Tabelle 2.3 zusammengestellt.
Das Top-Quark gilt als wahrscheinlicher schwacher Isospin-Partner des Bottom-Quarks. Obwohl
das b-Quark bereits 1977 am Fermilab entdeckt und das Top-Quark durch diese Entdeckung
bereits theoretisch postuliert wurde, dauerte es noch fast 20 Jahre bis zu seiner Entdeckung. Im
Jahr 1995 wurde das Top-Quark ebenfalls am Fermilab entdeckt, genauer gesagt bei den Experimenten
CDF und DØ des Tevatron-Proton-Antiproton-Beschleunigers. Das Tevatron hatte zu
diesem Zeitpunkt eine Schwerpunktsenergie von √ s = 1.8 TeV [10].
Masse M top Lebensdauer t top Ladung Q Isospin T 3
171.2 ± 2.1 GeV 4.2 × 10 −25 s
2
3
+ 1 2
Tabelle 2.3: Die grundlegenden Eigenschaften des Top-Quark [10].
2.2.1 Top-Quark Erzeugung
Das Top-Quark kann sowohl einzeln (noch nicht beobachtet) als auch in Form eines t¯t-Paares
erzeugt werden. Diese Arbeit betrachtet nur die Zefälle der Top-Quark-Paare, die Produktion
von einzelnen Top-Quarks wird in [10] beschrieben. Im LHC (siehe Kapitel 3) werden die Top-
Quarks durch pp-Kollisionen erzeugt (siehe 2.1.6). Dabei können entweder zwei Quarks vernichtet
werden oder zwei bis drei Gluonen fusionieren um ein t¯t-Paar zu erzeugen. Diese Prozesse sind
in Abb. 2.8 in niedrigster Ordnung dargestellt.
Bei einer Schwerpunktsenergie von 14 TeV wird der Wirkungsquerschnitt σ NLO der Top-Quark-
Paarerzeugung 833 ± 15 pb in next-to-leading order (Einbeziehung der Feynman-Diagramme
mit einer inneren Schleife) betragen. Der Prozess durch Gluonfusion ist dabei am LHC mit 90%
der dominierende Prozess, der Anteil der Quark-Antiquark-Vernichtung liegt entsprechend bei
10% [10].
10