Mass measurement of right-handed scalar quarks and time measurement of hadronic showers for the compact linear collider

摘要

Der Compact Linear Collider (CLIC) ist ein Konzept eines 48.3km langen e+ e- Beschleunigers mit einer Schwerpunktsenergie von 3TeV. Sein Ziel ist sowohl die Präzisionsvermessung bereits bekannter, als auch die Entdeckung bislang unbekannter Teilchen. Der International Large Detector (ILD) ist eines der Detektorkonzepte, die speziell für die Anwendung des Particle Flow Algorithmus entworfen wurde. Der Inhalt dieser Arbeit gliedert sich in zwei Teilbereiche, die beide im Kontext von CLIC stehen.ududIm ersten Teil dieser Arbeit wird die Messung der Zeitstruktur hadronischer Schauer in Kalorimetern mit Wolframabsorber, wie es auch im ILD Konzept für CLIC benutzt wird, präsentiert. Das beinhaltet die Entwicklung und Konstruktion eines kleinen Testbeam-Experimentes namens Tungsten Timing Testbeam (T3B), welches aus lediglich 15 Szintillator Kacheln der Dimension 30mm x 30mm x 5mm besteht. Diese werden mit Silicon Photomultipliern ausgelesen, welche wiederum mit USB Oszilloskopen verbunden sind. T3B wurde während der Testreihen am CERN in den Jahren 2010 und 2011 hinter dem Prototypen des analogen hadronischen Kalorimeters (W-AHCal) der CALICE Kollaboration platziert. Die gewonnenen Daten wurden mit Simulationsergebnissen verglichen, die mit den drei verschiedenen Modellen hadronischer Schauer der Geant4 Simulation gewonnen wurden: QGSP_BERT, QGSP_BERT_HP und QBBC. Die Ergebnisse der 60GeV Datennahme sind zumeist mit QBBC und QGSP_BERT_HP konsistent. Hingegen überschätzt QGSP_BERT wegen der fehlenden Präzisionsverfolgung von Neutronen die Häufigkeit später Energiedepositionen.ududIm zweiten Teil wird einer der sechs Benchmark-Prozesse gezeigt, die im Rahmen des CLIC Conceptual Design Report die Detektor Leistungsfähigkeit am CLIC Beschleuniger gezeigt haben. Der vorgestellte Benchmark Prozess behandelt die Messung der Masse und des Wirkungsquerschnitts der Paarerzeugung von supersymmetrischen rechtshändigen skalaren Quarks (squarks). Im zugrundeliegenden SUSY Modell zerfallen diese fast ausschließlich in das leichteste Neutralino (fehlende Energie) und das zugehörige Standardmodell Quark (Jet). In der Analyse wird der Beam-generierte pile-up Untergrund von gamma gamma -> Hadronen durch die Anwendung der Hadronen Variante des kt-Algorithmus der FastJet-Bibliothek unterdrückt. Standardmodell Prozesse, die der Ereignisstopologie entsprechen, werden durch die Anwendung von Boosted Decision Trees, implementiert im Toolkit for Multivariate Analysis (TMVA), zurückgewiesen. Die Squark-Masse wird durch die Konstruktion der MC-Verteilung und dem folgenden Fit an die mit verschiedenen Squark-Massen generierten Templates extrahiert. Die Ergebnisse sind konsistent mit ihren Eingangswerten und zeigen, dass Massenmessungen von schweren, stark wechselwirkenden Teilchen bei CLIC mit Genauigkeiten von unter 1% möglich sind.