Podcasts about proton proton kollisionen

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.

Es werden drei Analysen vorgestellt, die nach elektroschwach produzierten supersymmetrischen Teilchen in Proton-Proton-Kollisionen suchen. Die Kollisionen wurden mit dem ATLAS-Experiment am Large Hadron Collider aufgenommen. Zwei Leptonen (Elektronen oder Myonen), Jets und fehlende transversale Energie werden im Endzustand erwartet. `Simplified Models' werden genauso wie das `phenomenological Minimal Supersymmetric Standard Model' (pMSSM) verwendet, um die Produktion und den Zerfall von Gaugino-Paaren, also Paaren aus Charginos und Neutralinos, zu untersuchen. Die erste Analyse wird mit ATLAS Daten, die einer integrierten Luminosität von 4.7 fb^-1 entsprechen und im Jahr 2011 bei einer Schwerpunktenergie von sqrt(s)=7 TeV aufgenommen wurden, durchgeführt. Die direkte Produktion von Sleptonen sowie drei weitere Szenarien, in denen Gaugino-Paare über zwischenzeitliche Sleptonen zerfallen, werden untersucht. Besonders hervorgehoben wird die Triggerstrategie. Da kein Überschuss an Ereignissen in den ATLAS Daten beobachtet wird, können beispielsweise die Massen linkshändiger Sleptonen im Bereich von 85 bis 195 GeV mit 95% Konfidenzniveau ausgeschlossen werden. Hierfür wird ein Simplified Model, das die direkte Produktion von Sleptonen annimmt, verwendet, und das Neutralino besitzt eine Masse von 20 GeV. In einer zweiten Analyse werden 20.3 fb^-1 ATLAS Daten benutzt, die im Jahr 2012 mit sqrt(s)= 8 TeV aufgenommen wurden. Sieben Signalregionen zielen auf supersymmetrische Zerfallsketten ab, in denen zwei Leptonen mit entgegengesetztem Ladungsvorzeichen im Endzustand erwartet werden. Der dominante Standardmodelluntergrund besteht, analog zu der Analyse der 2011er Daten, aus ttbar-, Z/gamma*+jets- und zwei-Boson-Prozessen. Zwei-Lepton-Trigger werden kombiniert um die Ereignisse auszuwählen. Die Ergebnisse entsprechen den Erwartungen des Standardmodells und werden im Rahmen des pMSSM interpretiert. Massen des chi_1^+- können zwischen 100 und 105 GeV, 120 und 135 GeV sowie zwischen 145 und 160 GeV mit 95% Konfidenzniveau für ein masseloses chi_1^0 ausgeschlossen werden. Das Simplified Model für den Prozess chi_1^+ chi_1^- -> W^+ chi_1^0 W^- chi_1^0 -> l^+ nu chi_1^0 l^- nu chi_1^0 wird dazu verwendet. Mit der Simulation der direkten Produktion von Sleptonen in einem weiteren Simplified Model können Sleptonmassen zwischen 90 und 325 GeV ausgeschlossen werden (m_chi_1^0< 30 GeV). Die dritte Analyse wird ebenfalls mit 2012er Daten durchgeführt. Es wird ein Szenario betrachtet, in dem ein Chargino-Neutralino-Paar über ein W- und ein Higgsboson in einen Endzustand mit zwei gleichnamig geladenen Leptonen, zwei Quarks und zwei leichtesten Neutralinos zerfällt. Der Hauptuntergrund beruht auf Leptonen, die nicht vom primären Zerfallsvertex stammen, und wird mit Hilfe von ATLAS Daten bestimmt. Der Beitrag durch Standardmodell-Prozesse mit zwei Bosonen wird z.B. durch Schnitte auf die invariante Masse der Zerfallsprodukte des Higgsbosons und auf die effektive Masse, das ist die skalare Summe der Transversalimpulse der Leptonen, Jets und der fehlenden Transversalenergie, unterdrückt. Die Ergebnisse dieser Analyse sind noch nicht veröffentlicht. Man erwartet, dass die drei Massenpunkte mit Neutralinomassen unter 10 GeV und Charginomassen unter 150 GeV mit 95% Konfidenzniveau ausgeschlossen werden können.

In dieser Arbeit wird eine Messung der Top-Quark Masse im vollhadronischen Top-Antitop Zerfallskanal präsentiert. Die Messung basiert auf Daten des ATLAS Detektors aus Proton-Proton Kollisionen, welche am LHC bei einer Schwerpunktsenergie von 7 TeV durchgeführt wurde. Der Datensatz wurde im Jahr 2011 aufgezeichnet und entspricht einer integrierten Luminosität von 4.7 fb^-1. Die Messung der Top-Quark Masse erfolgt mittels einer Template-Technik, wobei die sogenannte R_3/2 Variable als Top-Quark-Massen sensitive Größe benutzt wird. Die R_3/2 Variable errechnet sich hierbei aus dem Verhältnis der invarianten Massen des hadronisch zerfallenden Top-Quarks und W-Bosons. Die Zuordnung von Jets zu den jeweiligen Top-Antitop Zerfalls-Partonen ergibt sich anhand einer Wahrscheinlichkeitsvorhersage, welche die kinematischen Eigenschaften der Jets berücksichtigt. Der Multijet Untergrund des vollhadronischen Top-Antitop Signals wird mittels Daten abgeschätzt, wodurch eine präzise Vorhersage der kinematischen Verteilungen von Untergrund-Ereignissen ermöglicht wird. Die Messung der Top-Quark Masse ergibt m_top = 175.1 +- 1.4 (stat.) +- 1.8 (syst.) GeV/c^2, wobei die dominanten Beiträge zur systematischen Unsicherheit von der Jet-Energie-Skala sowie von der b-Jet Energie-Skala stammen.

Diese Dissertation untersucht den Urspung der kosmischen Strahlung mit Beobachtungen der MAGIC Teleskope im Bereich der hoch energeticher Gammastrahlenastronomie. Gammastrahlung wird bei der Wechselwirkung relativistischer Teilchen erzeugt. Im Gegensatz zur geladenen kosmichen Strahlung, werden Gammastrahlen nicht von interstellaren Magnetfeldern beinflusst. Daher erlaubt die Ankunftsrichtung von Gammastrahlen die Bestimmung ihres Ursprungs. Ein Teil dieser Arbeit widmet sich der Verbesserung der Analyse von MAGIC-daten. Im besonderen wurde ein neuer Algorithmus zur Hintergrundbestimmung entwickelt, wodurch die systematischen Unsicherheiten deutlich verbessert werden konnten. Zudem wurde die Reflekivitaet und Fokusierung beider MAGIC Teleskope anhand des Vergleichs zwischen echten und simulierten Muonereignissen bestimmt. Die heutige Meinung ist, dass die Ueberreste von Supernovae, die expandierende Schockwellen der Sternimplosionen, der Ursprung der galaktischen kosmischen Strahlung sind. Obwohl hoch energetische Gammastrahlung von vielen dieser Objekte beobachtet wurde, erlaubt die schwierige Unterscheidung von leptonisch und hadronsich produzierter Gammastrahlung in den meisten Faellen keine klaren Schlussfolgerungen ueber die Anwesenheit relativistischer Hadronen und damit kosmischer Strahlung. Da Gammastrahlung aus hadronischen Wechselwirkungen, nahezu ausschliesslich in inelastischen Proton-Proton Kollisionen erzeugt wird, ist ihre Produktion umso effektiver, desto hoeher die Dichte des mediums ist. Die Region W51 beherbergt den 30000 Jahre alten Supernovaueberrest W51C, welcher teilweise mit der grossen Molekuelwolke W51B kollidiert. MAGIC hat ausgedehnte Gammastrahlung von dieser Region mit hoher statistischer Signifikanz (11 sigma) gemessen. Es konnte gezeigt werden, dass das Zentrum der Emission in dem Bereich hoher Dichte liegt, wo der Supernovaueberrest mit der Molekuelwolke kollidiert. Das Energiespektrum wurde im Bereich von 75 GeV bis 5.5 TeV gemessen und folgt einem Potenzgesetz. Die moegliche Kontamination dieser Emission durch einen nahegelegenen potentiellen Pulsarwindnebel zeigt keine Energieabhaengigkeit und wurde als ~20% der Gesamtemission bestimmt. Die Modellierung der nicht thermischen Mutliwellenlaengenemission deutet stark auf einen hadronischen Ursprung der Gammastrahlung hin. Diese Beschreibung impliziert, dass in etwa 16% der kinetsiche Energie der Schockwelle von W51C zur Produktion kosmischer Strahlung genutzt wurden. Damit is W51C eine der wenigen bekannten Supernovaueberreste wo eine Beschleunigung von Protonen der komsischer Strahlung, zumindestens bis 50 TeV, direkt beobachtet wird. HESS J1857+026 ist eine nicht identifizierte TeV-Quelle, die moeglicherweise den Pulsarwindnebel des, von der Gammastrahlung umschlossenen, hochenergetischen Pulsares PSR J1856+0245 darstellt. Eine augedehnte Emission wurde von MAGIC mit einer statistischen Signifikanz von mehr als 12 sigma gemessen. Das berechnete Spektrum verbindet die vorherigen Daten von Fermi/LAT und HESS, wobei es mit beiden Messungen ueberlappt. Anhand der MAGIC und Fermi/LAT Daten wurde ein Abweichung von einem einfachen Potenzgesetz bei ca. 100~GeV festgestellt. Bei hoeheren Energien werden zwei Emissionsregionen aufgeloest. Ueberhalb von einem TeV koennen zwei voneinander getrennte, einzeln signifikante Regionen festgestellt werden. Diese Dissertation zeigt die ersten morphologischen Untersuchungen, die mit den MAGIC Teleskopen durchgefuehrt wurden. Es wurde gezeigt, dass die Faehigkeit Strukturen in galaktischen Quellen aufloesen zu koennen, wichtige Informationen ueber die Physik der Teilchenbeschleunigung in astrophysikalischen Objekten liefert.

Im Myonspektrometer des ATLAS-Detektors am LHC, bei dem Protonen mit einer Schwerpunktsenergie von 14~TeV kollidieren, werden Kammern aus Hochdruckdriftrohren zur Vermessung der Trajektorien der Myonen verwendet. Um den Impuls der Myonen aus der Krümmung ihrer Spur in dem 0.4~T starken Magnetfeld mit hinreichender Genauigkeit vermessen zu können, müssen zum einen die Driftrohre eine Ortsauflösung von $sigma_{r} leq 100; mu text{m}$ liefern und zum anderen muss die Position jedes Annodendrahtes, also auch die Geometrie jeder Kammer, mit einer Genauigkeit von deutlich besser als 100~$mu$m bekannt sein. Die Arbeit beschäftigt sich mit diesem Problem an zwei Fronten. Wegen der hohen Luminosität des Beschleunigers und des großen Wirkungsquerschnittes für Proton-Proton-Kollisionen, herrscht im Myonspektrometer ein erheblicher Untergrund an Photonen und Neutronen. Um das Verhalten der Driftrohre bei hoher Untergrundzählrate zu untersuchen, wurde eine Teststrahlmessung durchgeführt, bei der neben einem hochenergetischen Myonstrahl (100~GeV) auch eine 740~GBq starke $gamma$-Quelle die Kammer beleuchtete. Mittels eines hochauflösenden Referenzdetektors aus Silizium-Streifenzählern wurden Ortsauflösung und Effizienz bei unterschiedlichen Untergrundstrahlungsniveaus untersucht. Eine Möglichkeit die Ortsauflösung zu verbessern, in dem mittels einer in die Ausleseelektronik integrierten Pulshöhenmessung die Abhängigkeit zwischen Signalzeit und Pulshöhe betrachtet wird, wurde untersucht und weiterentwickelt. Damit konnte die Auflösung unabhängig von der Photonenbestrahlung um 13~$%$ verbessert und die angestrebte Ortsauflösung von 100~$mu$m selbst beim Dreifachen der erwarteten Untergrundstrahlung erreicht werden. In Zusammenarbeit mit dem Max-Plank-Institut für Physik in München und dem Joint Institute for Nuclear Research in Dubna werden 88 der 1226 Myonkammern gebaut. Zur ersten Inbetriebnahme und Überprüfung der Qualität dieser Kammern wurde der Höhenstrahlmessstand eingerichtet. Insbesondere kann dort die Geometrie einer Kammer bestimmt werden, in dem sie zwischen zwei Referenzkammern eingebaut wird, deren Geometrie mit einem Röntegentomographen genau vermessen wurde. Mit Hilfe dieser Kammern wird die Spur des kosmischen Myons bestimmt. Aus systematischen Abweichungen zwischen dieser Referenzspur und den Messungen in der zu testenden Kammer, kann die Position eines jeden Drahtes mit einer Genauigkeit in der Größenordnung 10~$mu$m bestimmt werden. Diesbezüglich wird die Arbeit von Oliver Kortner~cite{olivers_dis} fortgesetzt, also der Messstand hin zu drei vollständig ausgelesenen Kammern ausgebaut und seine Leistungsfähigkeit überprüft. Der Messstand erlaubt es, mechanische Ungenauigkeiten der Kammern, die allerdings nur selten vorkommen, zuverlässig zu finden und zu quantifizieren. Dadurch sind auch Kammern die von der Normgeometrie abweichen vollständig beim ATLAS-Experiment einsetzbar, wenn die im Messstand ermittelten Geometrieparameter in der Spurrekonstruktion berücksichtigt werden.