German Title: Entwicklung einer datengesteuerten Methode zur Bestimmung der Rekonstruktionseffizienz in den LHCb-Spurdetektoren und Untersuchung der Detektorleistung in der dritten Datennahmeperiode

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Abstract

The LHCb experiment is a highly complex apparatus dedicated to measuring the decays of particles containing b- and c-quarks. During Run 3 of the Large Hadron Collider (LHC), protons collide at the interaction point of LHCb with an instantaneous luminosity of up to 2x10^33 cm^(-2)s^(-1) at a centre-of-mass energy of sqrt(s)=13.6 TeV. A full understanding of the detector and reconstruction efficiencies involved in the data acquisition is essential for many high precision measurements. A tag-and-probe method is developed to estimate the track reconstruction efficiency of the LHCb tracking subdetectors exploiting the decay of J/psi->mu mu. Discrepancies of the measured track reconstruction efficiencies between simulated and recorded data are studied and used to derive correction factors. An agreement between recorded and simulated data at the sub-percent level is achieved over almost the entire phase space and for all tracking subdetectors, illustrating an excellent understanding of the upgraded LHCb detector and its reconstruction sequences. A novel approach to derive the effect of interactions in the detector material is developed and used to provide first estimates, which contribute a systematic uncertainty on the order of a few percent to the track reconstruction efficiency. Further corrections are expected to reduce this systematic uncertainty to the order of one percent or less.

Translation of abstract (German)

LHCb ist ein Experiment, das der Messung von Teilchenzerfällen, die b- und c-quarks enthalten, gewidmet ist. Während der dritten Datennahmeperiode des Large Hadron Collider (LHC) kollidieren Protonen am Wechselwirkungspunkt von LHCb mit einer instantanen Luminosität von bis zu 2x10^33 cm^(-2)s^(-1) und einer Schwerpunktsenergie von sqrt(s)=13.6 TeV. Ein detailliertes Verständnis der Detektor- und Rekonstruktionseffizienzen des Experiments ist für viele geplante Präzisionsmessungen der LHCb-Kollaboration unerlässlich. Um die Spurrekonstruktionseffizienz der LHCb-Subdetektoren zu ermitteln, wurde in dieser Arbeit eine Tag-und-Probe-Methode entwickelt, die J/psi->mu mu-Zerfälle nutzt. Unterschiede zwischen den in simulierten und gemessenen Daten ermittelten Spurrekonstruktionseffizienzen wurden untersucht und daraus Korrekturfaktoren bestimmt, die in späteren Analysen verwendet werden. Die simulierten und aufgezeichneten Spurrekonstruktionseffizienzen stimmen im Sub-Prozent-Bereich über fast den gesamten Phasenraum und in allen relevanten Subdetektoren überein, was das ausgezeichnete Verständnis des LHCb-Detektors und seiner Spurrekonstruktionsdetektoren demonstriert. Um den Effekt von hadronischen Wechselwirkungen im Detektormaterial zu bestimmen, wurde ein neuartiger Ansatz entwickelt. In einer ersten Schätzung wurde daraus eine zusätzliche systematische Unsicherheit in der Größenordnung von wenigen Prozent für die Effizienz der Spurrekonstruktion hergeleitet. Es wird erwartet, dass in weiteren Studien diese systematische Unsicherheit auf ein Prozent oder weniger reduziert werden kann.