Studies on Spin-Spin-Correlations in dileptonic top pair-events at LHC

Abstract

During summer of 2008 the proton–proton-collider LHC will start its oper- ation. With a centre-of-mass engery of 14 TeV and an initial luminosity of 10^33 cm^-2 s^-1 about 8 × 10^6 top-pairs will be produced per year. Due to its short lifetime the two quarks decay before any hadronization can take place and the top-quarks can be treated as a free quarks. As effect of this, a unique possibility is the study of the undiluted top-spin. The spin information of the top is passed to the decay particles and visible as angular distributions. Because of the processes that lead to the pair-production the spins of the two tops are correlated. The high event rate allows to do precise studies of spin–spin-correlations with the CMS experiment. The present study uses the dileptonic decay channel at an integrated luminosity of 10 fb^-1 . For the preparatory studies detailed event simulation and reconstruction for the CMS detector are done. Taking the expected statistical and systematic uncertainties into account a precision of 7% for the correlation measurement can be achieved.

Der Proton–Proton-Speicherring LHC wird im Sommer 2008 seinen Betrieb aufnehmen. Bei einer Schwerpunktsenergie von 14 TeV und einer anfänglichen Luminosität von 10^33 cm^-2 s^-1 werden rund 8 × 10^6 Top-Paare pro Jahr erzeugt. Aufgrund ihrer kurzen Lebensdauer zerfallen die beiden Quarks bevor eine Hadronisation stattfinden kann. Dies ermöglicht es, das Top-Quark als freies Quark zu untersuchen. Als Beispiel ist die Untersuchung des Top-Spins möglich. Die Information über den Spin des Tops wird an die Zerfallsprodukte weitergegeben und ist in Winkelverteilungen sichtbar. Aufgrund der Paarproduktionsprozesse sind die Spins der beiden Top-Quarks miteinander korreliert. Durch die hohe Ereignisrate wird man in der Lage sein, mittels des CMS-Experimentes genaue Studien der Spin–Spin-Korrelation durchzuführen. Die vorliegende Studie konzentriert sich auf den dileptonischen Zerfallskanal bei einer integrierten Luminosität von 10/fb Für die vorbereitenden Studien wird eine detailierte Simulation des kompletten CMS-Detektors mit anschließender Rekonstruktion durchgeführt. Unter Berücksichtigung der zu erwartenden statistischen und systematischen Fehler lassen sich Spin–Spin-Korrelationen mit einer Genauigkeit von ca. 7% messen.