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Search for Anomalous Production of Single Top Quarks with the H1 Experiment at HERA

Dingfelder, Jochen

German Title: Suche nach anomaler Erzeugung einzelner Top-Quarks mit dem H1-Experiment bei HERA

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Abstract

Eine Suche nach der Produktion einzelner Top-Quarks durch flavor-ändernde neutrale Ströme in ep-Kollisionen wird vorgestellt. Die Suche ist motiviert durch die Beobachtung von Ereignissen mit dem H1-Detektor, die ein isoliertes Lepton sowie einen hohen fehlenden und einen hohen hadronischen Transversalimpuls aufweisen. Die Häufigkeit und Topologie dieser Ereignisse ist mit Standardmodellprozessen nur schwer in Einklang zu bringen. Das Ziel dieser Arbeit ist eine umfassende Suche nach der Produktion von Top-Quarks. Zerfälle des Top-Quarks in ein b-Quark und ein W Boson werden sowohl für leptonische als auch für hadronische Zerfallsmoden des W-Bosons untersucht. Die Trennung des Top-Signals vom Standardmodelluntergrund erfolgt mittels einer multivariaten Analyse. Die gesamten mit dem H1-Experiment aufgenommenen HERA I Daten, entsprechend einer integrierten Luminosität von 118 pb^-1, werden untersucht. Als Resultat dieser Analyse wird gefunden, daß ein Teil der beobachteten Leptonereignisse kinematisch deutlich besser zu Top-Produktion als zu Standardmodellprozessen paßt. Anomale Top-Produktion müßte auch an einer Erhöhung der beobachten Ereignisrate mit hadronischen W-Zerfällen sichtbar sein. Es wird keine signifikante Abweichung vom Standardmodelluntergrund beobachtet. Die Kombination aller Zerfallskanäle in einer Likelihoodanpassung ergibt einen Wirkungquerschnitt für die Produktion einzelner Top-Quarks von 0.31 +0.16 -0.15 pb bei sqrt(s)=320 GeV. Diese Kombination liefert eine deutlich bessere Beschreibung der Daten als das Standardmodell alleine. Aufgrund der momentan noch kleinen Anzahl von Top-Kandidaten wird auch eine Ausschlußgrenze für den Wirkungsquerschnitt der Top-Produktion und für die Stärke der flavor-ändernden Kopplung ermittelt. Für die t-u-gamma-Kopplungskonstante ergibt sich kappa(t-u-gamma)<0.25 mit 95% CL. Dieses Resultat verbessert die existierenden Ausschlußgrenzen anderer Experimente bei LEP und am TeVatron.

Translation of abstract (German)

A search for single top quark production mediated by flavor changing neutral currents in ep collisions is presented. The search is motivated by the observation of events with an isolated lepton, missing transverse momentum and large hadronic transverse momentum in the H1 detector. The rate and topology of these events is found to be unlikely for Standard Model processes. The goal of this thesis is a comprehensive search for top quarks. Decays of top quarks in a b-quark and a W boson are searched for in both the leptonic and the hadronic decay modes of the W. The top signal is discriminated from Standard Model background processes in a multi-variate analysis. The full HERA I data set taken with the H1 detector is used, corresponding to an integrated luminosity of 118 pb^-1. As a result of this analysis, it is found that a part of the observed lepton events is kinematically more consistent with top production than with Standard Model processes. Anomalous top production should also be visible as an increased event rate for hadronic W decays. No significant deviation from the Standard Model background is observed. The combination of all decay channels in a likelihood fit yields a cross-section for single top production of 0.31 +0.16 -0.15 pb at sqrt(s)=320 GeV. This combination gives a much better description of the data than the Standard Model alone. Due to the presently small number of top candidates, also an exclusion limit is set on the single top production cross-section and the flavor changing neutral current coupling. An upper limit on the t-u-gamma-coupling of kappa(t-u-gamma)<0.25 at 95% CL is established, which extends into a region of parameter space not excluded by other experiments at LEP and TeVatron.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Eisele, Prof. Dr. Franz
Date of thesis defense: 22 January 2003
Date Deposited: 11 Feb 2003 08:48
Date: 2003
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Institute of Physics
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: t-Quark, H1 <Teilchendetektor>, HERA <Teilchenbeschleuniger>, Schweres Quark
Uncontrolled Keywords: anomal topanomalous single top
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