- Typ
- Diplomarbeit
- Gebiet
- Detektorentwicklung
- Autor
- Martin Schultens
- Titel
- Teststrahlmessungen mit hochgranularer Auslese einer Zeitprojektionskammer bei verschiedenen Pixelgrößen
- Datum
- 2010-09
- Reportnummer
- —
- Kurzfassung
- Die Teilchenphysik beschäftigt sich mit den kleinsten Bausteinen der Materie, sowie den zwischen ihnen bestehenden fundamentalen Wechselwirkungen. Innerhalb der letzten 100 Jahre erlebte die Physik eine rasante Entwicklung auf diesem Gebiet, die ohne den enormen technischen Fortschritt während dieser Zeit nicht möglich gewesen wäre. Gerade in der Teilchenphysik gehen neue Erkenntnisse einher mit einer stetigen Weiterentwicklung der genutzten Messmethoden. Große Teilchenbeschleuniger sind die Instrumente zur Untersuchung der Elementarteilchen. Mit ihnen werden Teilchen bei hohen Energien zur Kollision gebracht, um die entstehenden Reaktionsprodukte untersuchen zu können. Die Schwerpunktsenergien der Teilchenbeschleuniger wurden dabei in der Vergangenheit immer weiter erhöht um einen noch tieferen Einblick in die Welt der Elementarteilchen zu ermöglichen. Im Jahr 2009 ging der Large Hadron Collider (LHC) in Betrieb, an dem Protonen mit einer Schwerpunktsenergie von bis zu 14 TeV kollidieren sollen. Auch der sich in Planung befindende International Linear Collider (ILC) soll einen entscheidenden Beitrag für neue Erkenntnisse liefern. Ziel dieses Linearbeschleunigers ist es, eine präzise Vermessung der am LHC gemachten Entdeckungen mit Elektron-Positron-Kollisionen zu ermöglichen. Genauso wichtig wie die Teilchenbeschleuniger sind die Detektoren, mit denen die bei den Kollisionen entstehenden Reaktionsprodukte untersucht werden können. Spurrekonstruktion geladener Teilchen gehört dabei zu den wichtigen Aufgaben, da auf diese Weise der Transversalimpuls der Reaktionsprodukte gemessen wird. Ein auf Gasionisation basierender Spurdetektor ist die Zeitprojektionskammer (oder TPC von engl. Time Projection Chamber), mit der sich eine sehr gute Impulsauflösung erreichen lässt. In einem relativ neuen Ansatz wird angestrebt eine TPC als zentralen Spurdetektor am ILC mit Pixel-Chips auszulesen. Die Größe der Pixel beeinflusst die Betriebsparameter des Detektors, sowie die Ortsauflösung. Ziel dieser Diplomarbeit ist es, Chips mit verschiedenen Pixelgrößen im Betrieb mit einer TPC zu vergleichen. Daher wurde für diese Arbeit ein Auslesemodul für einen TPC-Prototypen gebaut, in dem sich vier Chips mit verschiedenen Pixelgrößen befinden. Im Rahmen von Teststrahlmessungen am SPS-Beschleuniger am Forschungszentrum CERN in Genf wurden Daten genommen, die zur Untersuchung der Chipeigenschaften in dieser Arbeit ausgewertet werden. Im ersten Kapitel werden zunächst die Grundlagen von Gasdetektoren und die dabei wichtigen physikalischen Prozesse erklärt. Dabei wird insbesondere die Funktionsweise der Zeitprojektionskammer detailliert beschrieben. Im zweiten Kapitel folgt die Beschreibung des experimentellen Aufbaus, in dem der Bonner TPC-Prototyp, das Auslesemodul und die verwendeten Pixel-Chips vorgestellt werden. Nach einer kurzen Beschreibung der verwendeten Rekonstruktions- und Analysesoftware folgt eine Diskussion der Teilchenspurrekonstruktion. Im vorletzten Kapitel werden die Schnittkriterien erläutert, mit denen unerwünschte Ereignisse aus den Teststrahldaten entfernt werden. Im letzten Kapitel wird schließlich die Analyse der Teststrahldaten vorgestellt. Dabei werden die Spureigenschaften in Abhängigkeit verschiedener Detektorparameter untersucht, um die vier verwendeten Pixel-Chips miteinander zu vergleichen.
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