Im Standardmodell der Elementarteilchenphysik werden Kräfte durch den Austausch von Boten-Teilchen beschrieben. Das Austauschteilchen der elektromagnetischen Kraft ist zum Beispiel das Photon, die schwache Kraft wird durch die schwachen Eichbosonen und die starke Kraft von Gluonen übertragen. Das Besondere an der schwachen Kraft ist, dass die betreffenden Eichbosonen nicht masselos, sondern sehr schwer sind und deshalb die Kraft eine begrenzte Reichweite hat. Diese sind zum einen die geladenen W⁺ und  W^- Bosonen und zum anderen das ungeladene Z⁰. Die W-Bosonen haben eine Masse von 80.4 GeV/c², das Z-Boson eine Masse von 91 GeV/c², was etwa der halben Masse einen Gold-Atoms entspricht.

Z und W Produktion am LHC

Z- und W-Bosonen werden am LHC in erster Ordnung hauptsächlich über die Fusion zweier Quarks produziert.	Erst bei der assozierten Produktion mit zusätzlichen Teilchenjets werden Produktionsgraphen möglich, die Gluonen im Anfangszustand erlauben.

Daher kann die assozierte Produktion von W und Z Bosonen mit Jets dazu benutzt werden, die starke Wechselwirkung und die Partondichtefunktionenen zu studieren. Ein wohlverstandener Prozess der schwachen Wechselwirkung wird also genutzt, um Ereignisse zu definieren, mit denen man dann die weitaus weniger gut verstandene starke Wechselwirkung untersuchen kann. Wenn alle Quarksorten masselos sind, würde man naiv erwarten, dass bis auf kleine Effekte durch den  Massenunterschied zwischen W- und  Z- Boson die gleiche Anzahl von Jets produziert wird und Abweichungen durch Unterschiede in der starken Wechselwirkung bei den unterschiedlichen Skalen (=Schwerpunktsenergien im Ruhesystem der Reaktion) hervorgerufen werden. Wir sind an der Bestimmung des Verhältnisses W+jets zu Z+jets für 1,2,3,4,5 ... Jets beteiligt, was genau auf diese Fragestellung hinzielt. Dieses  Verhältnis konnte an bisherigen Experimenten nicht für größere Anzahlen an Jets präzise bestimmt werden.

Die Produktion von W+jets bildet desweiteren einen der größten Untergrundbeiträge bei der Selektion von Top-Quark-Paaren und Single-Top-Ereignissen, so dass ein gutes Verständnis der W/Z+jet Produktion auch für präzise Messungen dieser Prozesse nötig ist. Da man Z-Bosonen viel leichter selektieren kann als W-Bosonen, könnte man Verteilungen, die man mittels der Z+jets Produktion gewonnen hat, nutzen, um den W+jets Untergrund in der Top-Paar und Single-Top Produktion aus den Daten besser zu modellieren. Somit besteht eine recht große Schnittstelle der Studie zu der Top-Physik, die ein anderer Schwerpunkt der Gruppe ist.

Beteiligte Wissenschaftler

Dr. Marcello Barisonzi
Dr. Thorsten Kuhl
Prof. Dr. Peter Mättig
Dr. Marisa Sandhoff