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Nedelkovska, Elena (2014): Measurement of the branching fraction of the decay B0->Psi(2S)Pi0 and studies of the luminosity-dependent background for the belle II experiment at the future accelerator superKEKB. Dissertation, LMU München: Fakultät für Physik
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Abstract

Diese Doktorarbeit umfasst zwei getrennte Analysen: zum einen die Messung des Verzweigungsverhaeltnisses B0 -> Psi(2S)Pi0 aus den Daten des Belle Experimentes, zum anderen die Abschaetzung der Rate von QED Untergrundereignissen bei kleinen Impulsen fuer das Detektorupgrade Belle II und deren Einfluss auf das Leistungsverhalten des neuen Pixeldetektors. In der ersten Analyse wurde der Zerfallskanal B0 -> Psi(2S)Pi0 untersucht und zum ersten Mal das zugehoerige Verzweigungsverhaeltnis bestimmt. Die Analyse beruht auf Daten des asymmetrischen e+e- KEKB Beschleunigers, die mit dem Belle Detektor aufgezeichnet wurden. Verwendet werden die gesamten Belle Daten, die 772 Millionen BbarB Paare enthalten. Die Analyse liefert folgendes Ergebnis fuer das Verzweigungsverhaeltnis: B(B0->Psi(2S)Pi0) = (1.07 +/- 0.23 +/- 0.08) x e-5. Die zweite Studie beschaeftigt sich mit dem Leistungsverhalten des Belle II Detektors. Viele Detektorkomponenten des Belle Experimentes werden im Ramen des Upgrades ersetzt oder verbessert. Wichtigste Veraenderung dabei ist der neue Pixeldetektor zur Messung des Wechselwirkungspunktes der kollidierenden Teilchen, der in unmittelbarer Naehe zum Strahlrohr eingebaut wird. Aufgrund seines geringen Radius wird er am staerksten von Untergrundereignissen beeinflusst. Es wird erwartet, dass zwei Photon QED Prozesse e+e- -> e+e-e+e- dabei die wichtigste Rolle spielen. Da die Luminositaet des neuen SuperKEKB Collider voraussichtlich 40-mal hoeher als die von KEKB sein wird, wird erwartet, dass die Rate von Untergrundereignissen entsprechend steigt. Um zwei Photon QED Prozesse zu analysieren, wurden Ereignisse verwendet, die nach dem Zufallsprinzip selektiert wurden (random trigger). Die bei diesen Ereignissen entstehenden Elektronen und Positronen haben eine sehr niedrige Energie und erreichen daher nur die innerste Lage des Pixeldetektors, die dadurch besonders belastet wird. Die Messungen zeigt, dass die Okkupanz der innersten Lage durch zwei Photon QED Ereignisse 0.7 % ist, was unterhalb der maximalen Okkupanz von 3 % liegt, bei der der Detektor noch fehlerfrei funktioniert.

Abstract

This thesis encloses two separate studies: measurement of the branching fraction of B0 -> Psi(2S)Pi0 using Belle data and estimation of the low momentum QED background at the future experiment Belle II. The first study refers to the analysis of the decay channel B0 -> Psi(2S)Pi0 and the measurement of its branching fraction. It is noteworthy to mention that this is the first measurement of the B0 -> Psi(2S)Pi0 branching fraction. For this measurement, the complete data set of 772 million BbarB pairs, collected by the Belle detector at the asymmetric e+e- KEKB collider was used. The value obtained for the branching ratio is B (B0->Psi(2S)Pi0) = (1.07 +/- 0.23 +/- 0.08) x e-5. The second study regards the quality performance of the upgraded Belle detector, named Belle II. Many sub-components of the detector will be replaced or upgraded, but the major change will be the new pixel vertex detector, placed at extreme proximity to the beam-pipe. Due to its small radius it will be the most affected by background. In particular it is expected to suffer mostly from the low energy electrons and positrons coming from the QED process e+e- -> e+e-e+e-. Since the luminosity delivered by the new SuperKEKB collider is expected to be 40 times higher than the one delivered by KEKB, the background level of Belle II is expected to increase accordingly. We particularly studied this QED process with a special random trigger, where the emitted very low energy secondary electrons and positrons reach only the innermost layers of the pixel detector. So far the cross section in this phase space was never measured and there may be therefore large uncertainties in the theoretical predictions. The obtained measurements gave an occupancy in the innermost layer of 0.7 %, which is below the maximal occupancy of 3 % that the pixel detector can handle to work properly.