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Humboldt-Universität zu Berlin - Mathematisch-Naturwissen­schaft­liche Fakultät - Experimentelle Elementarteilchenphysik

Stefanie Reichert (2010)

Bestimmung leptonischer Verzweigungsverhältnisse von τ -Leptonen bei BaBar

Bachelorarbeit, HU-Berlin.

Einer der Grundbausteine des Standardmodells ist die Leptonuniversalität - die Eigenschaft der schwachen Wechselwirkung,

dass die geladenen W-Bosonen an alle Leptonen gleich stark mit einer universellen Konstante g koppeln, wobei g die Stärke der

Wechselwirkung beschreibt. Für die Elementarteilchenphysik ist es von großer Bedeutung, einen Nachweis zu erbringen, dass
die Leptonuniversalität erfüllt ist und somit diese Eigenschaft des Standardmodells zu verifizieren. Anhand der Zerfälle des

τ ± -Leptons in rein leptonische Endzustände, welche durch das Eichboson der schwachen Wechselwirkung (W ± -Boson)
vermittelt wird, kann unter der Annahme, dass die Leptonuniversalität nicht gilt, das Verhältnis der schwachen, von der Art des

Leptons abhängigen Kopplungskonstanten g l mit l = e, µ bestimmt werden. Die hier vorgestellte Analyse basiert auf der Untersuchung

der beiden Zerfallskanäle τ − → e− ντ νe und τ − → µ− ντ νµ sowie deren Ladungskonjugationen. Zunächst werden τ + τ − -Ereignisse

aus e+ e− → τ + τ − -Reaktionen der Art τ τ → ντ µ νµ + ντ µ νµ und τ τ → ντ e νe + ντ µ νµ selektiert. Der nach der Selektion
in der Monte Carlo-Simulation (MC) verbleibende Untergrund wird von den Daten abgezogen, um einen möglichst reinen

Datensatz für die Analyse zu gewinnen. Aus der Anzahl der Ereignisse der beiden selektierten Kanäle werden abschließend das
Verhältnis g µ /g e sowie die Verzweigungsverhältnisse Be/µ der beiden Zerfallskanäle bestimmt.
Zur Durchführung der Analyse werden die Datensätze des BaBar-Experimentes (B and B bar), welches von Oktober 1999 bis

April 2008 am e+ e− -Speicherring PEP-II des SLAC National Accelerator Laboratory, vormals Stanford Linear Accelerator
Center, lief, verwendet. Während der gesamten Datennahme wurden etwa 488 Millionen τ + τ − -Ereignisse, was einer integrierten

Luminosität von Lint = 531.43 fb−1 entspricht, aufgezeichnet. Die Analyse verwendet einen Subdatensatz, der zu
Lint = 408.48 fb−1 und 375 Millionen τ + τ − -Ereignissen äquivalent ist. Durch Bestimmung der Anzahl der Ereignisse der

beiden Zerfallskanäle wird das Verhältnis der schwachen Kopplungskonstanten g µ /g e extrahiert, welches Eins sein muss,
falls die Leptonuniversalität für Elektron und Myon erfüllt ist. Es kann auch das Verzweigungsverhältnis Bµ := B(τ − → µ− ντ νµ )

direkt aus der Anzahl der Ereignisse gewonnen werden, wohingegen Be := B(τ → e− ντ νe ) nur unter Verwendung
von Bµ bestimmt werden kann.