Studien zur Konzeption des Spur-Gasdetektors und zur Sensitivität auf anomale trilineare Eichbosonkopplungen für das CMS-Experiment am LHC:
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1999
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INHALTSVERZEICHNIS
I DAS CMS-EXPERIMENT 2
1 PHYSIK AM LHC 3
2 DER CMS-DETEKTOR 5
2.1 ANFORDERUNGEN. 6
2.2 DER DETEKTOR IM UEBERBLICK . 6
2.3 DIE SUBDETEKTOREN. 7
2.3.1 DER INNERE SPURDETEKTOR. 7
2.3.2 DAS ELEKTROMAGNETISCHE KALORIMETER. 8
2.3.3 DAS HADRONISCHE KALORIMETER. 10
2.3.4 DER MYONEN-DETEKTOR. 11
2.4 DETEKTORAUSLOESUNG (
TRIGGER). 11
II FL: EIN PROTOTYP FUER DEN MSGC VORWAERTS-DETEKTOR 14
3 MIKROSTREIFEN-GASDETEKTOREN 15
3.1 FUNKTIONSWEISE VON GASDETEKTOREN. 15
3.1.1 LADUNGSERZEUGUNG. 16
3.1.2 LADUNGSTRANSPORT . 17
3.1.3 LAWINENBILDUNG. 18
3.1.4 SIGNALENTSTEHUNG. 19
3.2 AUFBAU UND EIGENSCHAFTEN DER MSGC. 20
3.2.1 ENERGIEAUFLOESUNG. 21
3.2.2 EINFLUSS DES DRIFTFELDES. 21
3.2.3 EINFLUSS DER OBERFLAECHENLEITFAEHIGKEIT. 22
V
BIBLIOGRAFISCHE INFORMATIONEN
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3.2.4 RATENVERTRAEGLICHKEIT.
3.2.5 ALTERUNG.
3.2.6 DIE NIKHEF FORMEL.
4 DER MSGC-VORWAERTSDETEKTOR
4.1 DIE STREIFENDETEKTOR-ELEKTRONIK.
5 DER FL-PROTOTYP
5.1 TECHNISCHE KONZEPTION.
5.1.1 DAS OFFENE DETEKTORKONZEPT.
5.1.2 DAS GESCHLOSSENE DETEKTORKONZEPT .
5.1.3 VOR- UND NACHTEILE DER BEIDEN KONZEPTE . .
5.2 DIE HAUPTKOMPONENTEN DER PROTOTYP-DETEKTOREN .
5.2.1 DAS MSGC-SUBSTRAT.
5.2.2 DIE AUSLESE-ELEKTRONIK .
5.2.3 DIE HOCHSPANNUNGS-VERTEILUNG.
5.3 HERSTELLUNG DER KARLSRUHER PROTOTYP-DETEKTOREN
5.3.1 TEST DER MSGC-SUBSTRATE.
5.3.2 AUFBAU DER OFFENEN TRAEGERSTRUKTUR
.
5.3.3 ZUSAMMENBAU DES OFFENEN DETEKTORS . . .
5.3.4 ZUSAMMENBAU DES GESCHLOSSENEN DETEKTORS
5.4 TEST DER DETEKTOREN .
5.4.1 HOEHENSTRAHLUNGSTESTS IM LABOR.
5.4.2 STRAHLTESTS AM CERN SPS .
5.4.3 ANALYSE DER GEWONNENEN DATEN.
5.5 ERGEBNISSE AUS DEN DETEKTORTESTS.
5.5.1 VERZOEGERUNGSVERHALTEN
(DELAY CURVE) . . .
5.5.2 NACHWEISEFFIZIENZ
(DETECTION EFFICIENCY) . .
5.5.3 GASVERSTAERKUNG
{GAIN).
5.5.4 STREIFENMULTIPLIZITAET (
DUSTER SIZE).
5.5.5 ORTSAUFLOESUNG.
22
22
23
25
26
29
29
29
31
33
34
34
35
39
40
40
46
47
50
52
52
52
52
56
56
56
58
61
62
VI
6 MIKROSTRUKTUR-GASDETEKTOREN AM LHC 63
6.1 MINIMAL- UND HOCHIONISIERENDE TEILCHEN. 63
6.1.1 ANATOMIE EINES UEBERSCHLAGES. 64
6.2 YYADVANCED PASSIVATION". 66
6.3 GEM UND ZWEISTUFIGE MIKROSTRUKTURDETEKTOREN. 67
6.4 EXOTISCHE MIKROSTRUKTURDETEKTOREN. 68
III SENSITIVITAET AUF ANOMALE VEKTORBOSON-SELBSTKOPPLUNGEN 74
7 DIBOSONENPRODUKTION UND ANOMALE KOPPLUNGEN 75
7.1 NICHT ABELSCHE SYMMETRIEN IM ELEKTROSCHWACHEN SEKTOR DES
STANDARD-MODELLS 75
7.2 ANOMALE TRILINEARE VEKTORBOSON-KOPPLUNGEN. 76
7.2.1 PHYSIKALISCHE INTERPRETATION. 77
7.2.2 UNITARITAET UND FORMFAKTOREN. 77
7.2.3 INDIREKTE GRENZEN AUS PRAEZISIONSMESSUNGEN. 79
7.2.4 DIREKTE GRENZEN AUS DER DIBOSONENPRODUKTION. 79
7.3 DIBOSONENPRODUKTION BEI CMS. 82
7.3.1 QCD-KORREKTUREN HOEHERER ORDNUNG UND JETS. 82
7.3.2 RADIATIVE ZERFALLE. 84
8 SIMULATIONSSTUDIE ZUR DIBOSONENPRODUKTION BEI CMS 85
8.1 GENERATION DER EREIGNISSE. 85
8.1.1 PARTONVERTEILUNGSFUNKTIONEN. 86
8.2 JET-FVAGMENTATION. 87
8.3 SIMULATION DES DETEKTORVERHALTENS. 87
8.3.1 DIE DETEKTORSIMULATION CMS JET. 88
8.4 REKONSTRUKTION UND SELEKTION DER EREIGNISSE. 89
8.4.1 UNTERGRUND. 92
9 SENSITIVITAET VON CMS AUF ANOMALE KOPPLUNGEN 93
9.1 WAHL DER OBSERVABLE. 93
9.2 PARAMETRISIERUNG DER WIRKUNGSQUERSCHNITTE. 93
9.3 BERECHUNG DER LIKELIHOOD. 94
VLL
9.4 BESTIMMUNG DER SENSITIVITAETSKONTUREN. 96
9.5 ERGEBNISSE. 97
9.5.1 EINFLUSS DES JET-VETOS . 97
9.5.2 ANOMALE WW
7-KOPPLUNGEN. 97
9.5.3 ANOMALE ZZ
7-KOPPLUNGEN. 98
9.6 BEWERTUNG DER RESULTATE.'. . . . 101
IV ANHANG 106
A DATENERFASSUNG 107
A.L LOGISCHE STRUKTUR. 107
A.L.L ABLAUFSTEUERUNG UND AUSLESE
(FRONT-END) .~107
A.L.2 REORGANISATION UND FORMATIERUNG (
EVENT BUILDER). 109
A. 2 TECHNISCHE REALISIERUNG. 109
A.2.1 DATENERFASSUNG IM LABOR. 109
A.2.2 DATENERFASSUNG AM TESTSTRAHL. 109
B SPURREKONSTRUKTION AM TESTSTRAHL 113
B. L DER TESTSTRAHLAUFBAU. 113
B.2 DAS TELESKOP. 114
B.3 STRAHLDEFINITION. 115
B.4 SPURREKONSTRUKTION. 116
B.5 ORTSAUFLOESUNG DER TELESKOP-DETEKTOREN . 117
B.6 ANALYSE DER MSGC-DATEN. 118
ABBILDUNGS- UND TABELLENVERZEICHNIS 121
DANKSAGUNG 125
VNI
INHALTSVERZEICHNIS
ABBILDUNGSVERZEICHNIS
TABELLENVERZEICHNIS
1 EINLEITUNG UND MOTIVATION
1.1 QUARKS UND QUANTENCHROMODYNANUK . YY
1.2 EXOTISCHE TEILCHEN.
1.3 RESONANZEN IM U*
7-SUBSYSTEM YY
2 DAS CRYSTAL BARREL EXPERIMENT
RDIEP-VONA-U-A-H-
2 2 DER AUFBAU DES DETEKTORS
U
DIE DATENERFASSUNG UND DAS TRIGGERSYSTEM.
1
3
4
6
6
6
11
13
3 REKONSTRUKTIONSMETHODEN 13
3.1
DIE REKONSTRUKTION
GELADENER
TEILCHEN -. IR,
3.2 DIE
REKONSTRUKTION
DER PHOTONEN. . !7
3.3
DIE
MONTE CARLO SIMULATION
. . 18
3 4
DIE KINEMATISCHE ANPASSUNG. ^
4
DATENSELEKTION
4.1 VORSELEKTION.
4.2
KINEMATISCHE
ANPASSUNG.
4 3
DER
DATENSATZ
U A .
4.4
AKZEPTANZ.
5
UNTERGRUNDSTUDIEN .
3
5.1
DER UNTERGRUNDANTEIL IN DEN DATEN. 35
5.2
DER
URSPRUNG DER UNTERGRUNDBEITRAEGE
. ". 38
5.3 KOMBINATORISCHER UNTERGRUND. .
40
5.4
DAS NEURONALE NETZ . . 46
5.5 DIE SIDEBIN-METHODE. . 4F
5.6 DER WIRKUNGSQUERSCHNITT .
INHALTSVERZEICHNIS
ABBILDUNGSVERZEICHNIS
TABELLENVERZEICHNIS
1 EINLEITUNG UND MOTIVATION 1
1.1 QUARKS UND QUANTENCHROMODYNAINIK.
1
1.2 EXOTISCHE TEILCHEN. 3
1.3 RESONANZEN IM
UNJ-SUBSYSTEM. 4
2 DAS CRYSTAL BARREL EXPERIMENT 6
2.1 DIE PRODUKTION VON NIEDERENERGETISCHEN ANTIPROTONEN . 6
2.2 DER AUFBAU DES DETEKTORS.
6
2.3 DIE DATENERFASSUNG UND DAS TRIGGERSYSTEM.
11
3 REKONSTRUKTIONSMETHODEN 13
3.1 DIE REKONSTRUKTION GELADENER TEILCHEN. 13
3.2 DIE REKONSTRUKTION DER PHOTONEN. 15
3.3 DIE MONTE CARLO SIMULATION. 17
3.4 DIE KINEMATISCHE ANPASSUNG. 18
4 DATENSELEKTION 23
4.1 VORSELEKTION. 23
4.2 KINEMATISCHE ANPASSUNG. 27
4.3 DER DATENSATZ . 29
4.4 AKZEPTANZ. 31
5 UNTERGRUNDSTUDIEN 33
5.1 DER UNTERGRUNDANTEIL IN DEN DATEN. 33
5.2 DER URSPRUNG DER UNTERGRUNDBEITRAEGE. 35
5.3 KOMBINATORISCHER UNTERGRUND. 38
5.4 DAS NEURONALE NETZ . 40
5.5 DIE SIDEBIN-METHODE. 46
5.6 DER WIRKUNGSQUERSCHNITT . 48
6 GRUNDLAGEN DER PARTIALWELLENANALYSE 51
6.1 DAS ISOBAREN-MODELL. 51
6.2
DER HELIZITAETSFORMALISMUS. 52
6.3 DIE DYNAMISCHE FUNKTION
F IM K-MATRIX-FORMALISMUS. 54
6.4 DIE LOG-LIKELIHOOD METHODE. 56
6.5 QUANTENZAHLEN UND AUSWAHLREGELN. 58
7 PARTIALWELLENANALYSE VON
U NRF 60
7.1 DIE MINIMALHYPOTHESE. 60
7.2 ERWEITERUNGEN IM JR
7J-SUBSYSTEM. 66
7.3 ERWEITERUNGEN IM O
7R-SUBSYSTEM. 68
7.4 ERWEITERUNGEN IM
UTJ -SUBSYSTEM. 70
7.5 SIMULTANE ERWEITERUNG UM /II (1380) UND P(1270). 73
7.6 DIE BESTE ANPASSUNG. 75
8 ZUSAMMENFASSUNG 82
LITERATURVERZEICHNIS
DANKSAGUNG
LEBENSLAUF |
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