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

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. Im 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. Im 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.