Datenanalyse
Die physikalische Analyse der Daten des CMS-Experiment ist eines der zentralen Forschungsvorhaben am ETP. Bearbeitet werden Fragestellungen aus den Bereichen der Higgs- und Top-Physik, der Suche nach Supersymmetrie, der QCD und der Vorwärtsphysik.
Higgs-Physik
Das Higgs-Boson ist ein besonderer Baustein des Standardmodells. Es ist das einzige skalare Teilchen, und über den Higgs-Mechanismus „gibt" es allen anderen Elementarteilchen ihre Masse. Am 4. Juli 2012 haben das CMS- und das ATLAS-Experiment die Entdeckung eines neuen Teilchens am LHC bekanntgegeben, das die erwarteten Eigenschaften des Higgs-Bosons zu besitzen scheint.
Am ETP untersuchen Gruppen von Forschern verschiedene Produktions- und Zerfallskanäle des Higgs-Bosons. Signifikante Beiträge wurden zum Zerfall in zwei Tau-Leptonen sowie zum Zerfall in zwei B-Hadronen in assoziierter Produktion mit einem W-Boson geleistet. Darüber hinaus arbeiten ETP-Forscher an der Kombination der Higgs-Analysen, am Higgs-Zerfall in zwei W-Bosonen. Derzeit ist ein Schwerpunkt die assoziierten Top-Higgs-Produktion.
Top-Physik
Das Top-Quark ist das schwerste derzeit bekannte Elementarteilchen und eines der interessantesten. Es zerfällt, bevor es gebundene Zustände bilden kann und wird in vielen Modellen Neuer Physik mit der elektroschwachen Symmetriebrechung in Verbindung gebracht. Am LHC werden Top-Quarks mit großer Rate produziert, so dass die Eigenschaften des Top-Quarks detailliert untersucht werden können.
Am ETP wird die Produktion sowohl einzelner Top-Quarks durch die elektroschwache Wechselwirkung als auch von Top-Quark-Antiquark-Paaren durch die QCD untersucht. Darüber hinaus werden mit einer am ETP entwickelten Analysetechnik Messungen zur Produktionsasymmetrie bei Top-Quark-Antiquark-Paaren durchgeführt und nach schweren Resonanzen gesucht, die in Top-Quarks zerfallen.
Suche nach Supersymmetrie
Die Supersymmetrie ist eine attraktive und elegante Theorie jenseits des Standardmodells: sie liefert einen guten Kandidaten für dunkle Materie, erlaubt die Vereinheitlichung aller Kräfte, löst das Problem quadratischer Divergenzen und beinhaltet eine natürliche Erklärung für den Higgs-Mechanismus. Bisher gibt es jedoch keine experimentelle Evidenz dafür, dass die Natur supersymmetrisch ist.
Am ETP konzentriert sich die Suche nach Supersymmetrie auf zwei Kanäle. Unter Annahme hohen Squark- und geringen Gluinomassen wurde nach langlebigen Gluinos gesucht. Die elektroschwache Produktion von Charginos und Neutralinos für zu klar identifizierbaren Multilepton-Endzuständen. In beiden Kanälen konnte der LHC bestehende Ausschlussgrenzen signifikant verbessern.
QCD
Der mit großem Abstand dominante Prozess bei
Proton-Proton-Kollisionen am LHC ist die Produktion von Jets. Messungen von Jet-Observablen erlauben Tests der perturbativen QCD bei höchsten Energien. Darüber hinaus ist ein hervorragendes Verständnis von Jets, besonders ihrer Energieskala, Auflösung und Substruktur eine essentielle Voraussetzung für Präzisionsmessungen und Suchen nach Neuer Physik am LHC.
Am ETP wurde nach ersten vorbereitenden Arbeiten zur Bestimmung der Jet-Energieskala und -auflösung Messungen des inklusiven Jet-Wirkungsquerschnitts und der Zwei- und Drei-Jet-Masse durchgeführt. Anhand von Observablen, die auf Jet-Winkelverteilungen basieren, und von azimutaler Dekorrelation wurde nach Abweichungen von der QCD gesucht. Mit der neuen Methode der Jet-Flächen wurde das „underlying event" vermessen. Außerdem wurde die Subjet-Multiplizität studiert, um Quark- und Gluonjets effektiver trennen zu können.