Podcasts about datennahme

Die Masse des Top Quarks ist ein fundamentaler Parameter des Standardmodells und ihre präzise Bestimmung ist von großer Bedeutung für die Teilchenphysik. In dieser Dissertation werden Messungen der Top Quark Masse im dileptonischen Zerfallskanal von Top Quark Paaren präsentiert und experimentelle und theoretische Aspekte der Präzisionsmessung untersucht. Neben technischen Maßnahmen zur Gewährleistung optimaler Nachweiskapazität für zukünftige Datennahme werden Messungen der Top Quark Masse mit den Daten der Jahre 2011 und 2012 des ATLAS Detektors durchgeführt, basierend auf Proton-Proton Kollisionen mit einer Schwerpunktsenergie von √s = 7 und 8 TeV. Verschiedene Techniken zur Reduzierung der statistischen und wichtigsten systematischen Unsicherheiten werden angewandt, was zur bisher genauesten Einzelmessung der Top Quark Masse im dileptonischen Top Quark Paar Zerfallskanal weltweit führt. Durch eine Kombination mit ATLAS Messungen unter Berücksichtigung der Korrelationen wird die Präzision weiter erhöht. Die in einer Blindstudie ermittelte Masse des Top Quarks ist mtop = 172.40 ± 0.31 (stat) ± 0.62 (syst) GeV/c2 = 172.40 ± 0.70 GeV/c2, wobei die Unsicherheit von der begrenzten Auflösung der Jetenergiemessungen dominiert wird. Außerdem werden mit einer Entfaltungsmethode die Daten von Detektoreffekten bereinigt und die ersten Schritte zu einer Messung der Top Quark Masse auf dem Niveau stabiler Teilchen durchgeführt. Anschließend werden die Auswirkungen von vollen QCD Rechnungen in zweiter Ordnung Störungstheorie auf Top Quark Massenmessungen untersucht.

Die Doktorandin Francesca Ungaro aus der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Karl Jakobs am Physikalischen Institut der Universität Freiburg berichtet von der Suche nach supersymmetrischen Teilchen. Sie erklärt, was das Standardmodell und Supersymmetrie sind und warum sie sich auf die nächste Phase der Datennahme am Large Hadron Collider in Genf/Schweiz freut.

Die Doktorandin Francesca Ungaro aus der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Karl Jakobs am Physikalischen Institut der Universität Freiburg berichtet von der Suche nach supersymmetrischen Teilchen. Sie erklärt, was das Standardmodell und Supersymmetrie sind und warum sie sich auf die nächste Phase der Datennahme am Large Hadron Collider in Genf/Schweiz freut.

Der Compact Linear Collider (CLIC) ist ein zukünftiger e+e- Beschleuniger mit einer Kollisionsenergie von bis zu 3 TeV und einer Kollisionsrate der Teilchenbündel von 2 GHz. Damit stellt CLIC besondere Anforderungen an ein Gesamtdetektorsystem. Die Akkumulation von Hintergrundereignissen - wie zum Beispiel aus Beamstrahlung resultierende gamma gamma -> Hadronen Interaktionen - soll durch eine zeitaufgelöste Teilchendetektion in allen Subdetektorsystemen minimiert werden. In der Ereignisrekonstruktion wird die präzise Zuordnung von Ereignissen zu einer kleinen Anzahl aufeinanderfolgender Teilchenbündelkollisionen insbesondere durch die Kalorimeter unterstützt indem man Energiedepositionen einen genauen Zeitstempel zuweist. Andererseits ist die Zeitentwicklung von hadronischen Schauern nicht instantan. Die Anforderungen an die Energieauflösung der Kalorimeter machen eine Integration über einen ausgedehnten Zeitraum unabdingbar. Wolfram ist eines der dichtesten Materialien und soll als Absorber verwendet werden um Teilchenschauer auf engstem Raum und innerhalb der Kalorimeter zu stoppen. Gegenwärtig ist die zeitaufgelöste Propagation hadronischer Schauer in Wolfram experimentell jedoch noch nicht hinreichend erforscht. Das T3B Experiment (Tungsten Timing Test Beam) wurde im Rahmen dieser Arbeit entworfen und konstruiert. Es besteht aus einer Kette von 15 Szintillatorkacheln, deren Lichtsignal durch Photosensoren (SiPMs) detektiert und durch Oszilloskope mit einer Abtastrate von 1.25 GHz digitalisiert wird. Das Experiment wurde dafür entwickelt die Zeitstruktur hadronischer Schauer zu vermessen und herauszufinden wie stark verspätete Energiedepositionen innerhalb eines Schauers beitragen. Der T3B Kachelstreifen wurde hinter zwei Prototypen für Hadronenkalorimeter der CALICE Kollaboration montiert, die mit einer Stahl- bzw. Wolframabsorberstruktur ausgestattet waren. Das T3B Experiment hat während der CALICE Teststrahlphase 2010/2011 am PS und SPS des CERN Hadronenschauer in einem Energiebereich von 2-300 GeV zeitlich vermessen. Eine für den Teststrahlbetrieb optimierte Software zur Datennahme wurde neu konzipiert. Die Entwicklung eines neuartigen Softwarealgorithmus zur zeitlichen Dekomposition von SiPM-Signalen erlaubte es, den Detektionszeitpunkt einzelner Photonen und somit Schauer mit einer zeitlichen Präzision von 1 ns zu studieren. Das T3B Experiment konnte eine erhöhte späte Schaueraktivität in Wolfram relativ zu Stahl nachweisen. Hierzu wurde eine detaillierte Untersuchung der Zeitverteilung der Energiedepositionen bemüht. Außerdem wurde beobachtet, dass der relative Einfluss von späten Energiedepositionen radial mit der Distanz zur Schauerachse zunimmt. Diese Zunahme ist in Wolfram wesentlich stärker ausgeprägt als in Stahl. Es konnte nachgewiesen werden, dass das für Simulationen am LHC und für den Großteil der Physikstudien für CLIC standardmäßig verwendete hadronische Schauermodell QGSP_BERT späte Energiedepositionen systematisch überschätzt. Neu entwickelte Modelle mit speziellem Augenmerk auf niederenergetischen Neutronen reproduzieren die Daten besser. Im Bezug auf die Energie einfallender Teilchen in einem Bereich von 60-180 GeV konnten keine signifikanten Unterschiede im Rahmen der Messunsicherheiten nachgewiesen werden.

Die tiefinelastische Streuung von Leptonen an Nukleonen stellt eine gute Methode dar, die Struktur der Nukleonen zu erforschen. Erste Messungen der Strukturfunktionen des Protons wurden bereits in den 60er Jahren am Stanford Linear Accelecator Center (SLAC) vorgenommen. Es wurde hier ein 20 GeV Elektronstrahl benutzt. Diese Messungen zeigten, dass die Wirkungsquerschnitte einem Skalenverhalten genuegen, welches charakteristisch ist fuer eine Streuung an punktfoermigen Konstituenten. Dies war vom Quark-Parton-Modell (QPM) vorhergesagt worden. Die spinabhaengigen Strukturfunktionen des Protons wurden am SLAC in den 70er Jahren erstmals gemessen. Die Messungen wurden dann am CERN (Europaeisches Zentrum fuer Elementarteilchenphysik) durch die European Muon Collaboration (EMC) in den Jahren 1984 und 1985 mit einem Myonstrahl hoeherer Energie fortgesetzt. Der CERN Myonstrahl hatte eine Strahlenergie von 280 GeV und wurde aus dem Beschuss von Protonen aus dem Super-Proton-Synchrotron (SPS) auf ein Beryliumtarget und anschliessendem Zerfall der dabei entstehenden Pionen in ein Myon und ein Neutrino erzeugt. Die Myonen sind aufgrund der Paritaetsverletzung beim Pionzerfall natuerlich polarisiert. Anders als bei den SLAC-Experimenten mit Elektronenstrahlen kann allerdings die Polarisation nicht so leicht invertiert werden. Die EMC arbeitete deshalb mit zwei entgegengesetzt polarisierten Targethaelften. Die Nachfolger der EMC, die Spin-Muon-Collaboration (SMC), verwendet im wesentlichen denselben experimentellen Aufbau, der schon von der EMC und der New-Muon-Collaboration (NMC) genutzt worden war. Sie benutzte fuer die erste Datennahme im Jahre 1992 das von EMC konstruierte Target, welches im Jahre 1993 durch ein groesseres und verbessertes Target ersetzt wurde. Als Targetmaterial wurde Butanol und mit Deuterium versetztes Butanol verwendet. Dadurch konnte im Jahre 1992 die Strukturfunktion des Deuterium g_1d gemessen werden. Zusammen mit der Messung der spinabhaengigen Protonstrukturfunktion g_1p konnte dann die Neutronenstrukturfunktion g_1n bestimmt werden. Die Strahlenergie lag 1992 bei 100 GeV und in den darauffolgenden Jahren bei 190 GeV. Die aus diesen Messungen resultierenden ersten Momente Gamma_p, Gamma_d und Gamma_n sind im Quark-Parton-Modell mit dem Spinanteil der Quarks am Nukleonenspin verbunden. Die von der EMC gefundene Abweichung von der Ellis-Jaffe Summenregel, die eine theoretische Vorhersage ueber den Wert dieser ersten Momente unter bestimmten Annahmen macht, wurde bestaetigt. Die fundamentalere Bjorken Summenregel hingegen, die eine Aussage ueber die Differenz der ersten Momente von Proton und Neutron macht, konnte mit sehr grosser Genauigkeit bestaetigt werden. In dieser Arbeit wird der gesamte Deuterium Datensatz, der von der SMC aufgezeichnet wurde, verwendet. Es werden neue Methoden zur Berechnung der Asymmetrie und zu der aus den Schwankungen im Ansprechverhalten des Spektrometers resultierenden scheinbaren Asymmetrie vorgestellt. Aus der Analyse der Deuterium Daten der Jahre 1992, 1994 und 1995 wird das erste Moment der spinabhaengigen Strukturfunktion Gamma_d berechnet. Zusammen mit der Messung der Protonstrukturfunktion g1_p wird das erste Moment der Neutronstrukturfunktion Gamma_n ermittelt. Abschliesend werden diese Werte mit den theoretischen Vorhersagen von Bjorken und Ellis-Jaffe verglichen.