Bestimmung der Masse und Breite des W-Bosons im semileptonischen Zerfallskanal mit dem OPAL Detektor bei LEP

Diese Arbeit ist eine Weiterentwicklung der beim OPAL-Experiment
verwendeten Faltungsmethode zur Bestimmung der Masse des geladenen
Eichbosons der schwachen Wechselwirkung. Die Methode wurde
ausgeweitet auf eine gleichzeitige Bestimmung der Masse Mw und der
Zerfallsbreite Gw des W-Boson genannten Eichbosons. Analysiert
wurden dazu Daten, die mit dem OPAL-Experiment in den Jahren 1997
bis 2000 aufgezeichnet wurden. Von den möglichen Zerfällen der
erzeugten W-Bosonpaare werden nur semileptonische betrachtet, bei
denen ein W-Boson hadronisch in ein Quark-Antiquark-Paar zerfällt
und das andere in ein geladenes Lepton und ein Neutrino. In der
Faltungsmethode werden die aus der Detektorauflösung resultierenden
Fehler der einzelnen Ereignisse berücksichtigt. Dazu wird eine
Funktion P(m) für jedes Ereignis ermittelt, welche die
Wahrscheinlichkeit angibt, daß die produzierten W-Bosonen eine
mittlere Masse m haben. Diese sogenannte
Ereigniswahrscheinlichkeitsdichte wird mit einer Physikfunktion
PF(m;Mw,Gw) gefaltet, die von den Parametern Masse Mw und
Zerfallsbreite Gw des W-Bosons abhängt. Sie beschreibt die
Erzeugungswahrscheinlichkeit der W-Bosonpaare unter
Berücksichtigung von Photonabstrahlung im Anfangszustand. Aus
dieser Faltung erhält man eine von Mw und Gw abhängige
Ereignis-Likelihoodfunktion, die ein Wahrscheinlichkeitsmaß dafür
ist, daß dieses Ereignis von einem W-Boson mit den Parametern Mw
und Gw herrührt. Aus allen selektierten semileptonischen
W-Bosonereignissen wird eine Gesamt-Likelihood-Funktion L(Mw,Gw)
berechnet. Durch Maximierung dieser Funktion bezüglich Mw und Gw
ist erstmals bei OPAL eine gleichzeitige Bestimmung der Masse und
Breite des W-Bosons möglich. Mit einer integrierten
Gesamtluminosität von 683.84 pb^-1, die in den Jahren 1997 bis 2000
bei Schwerpunktsenergien von 183 bis 208 GeV vom OPAL-Experiment
aufgezeichnet wurden, ergibt sich aus den semileptonischen
Zerfällen von W-Bosonpaaren ein Wert für die Masse Mw und Breite Gw
des W-Bosons zu: Mw = 80.424 +- 0.077 GeV/c^2 Gw = 2.126 +- 0.130
GeV/c^2 Die gemessenen Parameter befinden sich in guter
Übereinstimmung mit den Vorhersagen des Standardmodells der
Teilchenphysik.