Titelaufnahme

Titel
Energy measurement with the ATLAS electromagnetic calorimeter at the Per Mill accuracy level / von Florian Teischinger
VerfasserTeischinger, Florian
Begutachter / BegutachterinFabjan, Christian
Erschienen2014
UmfangXII, 202 S. : Ill., zahlr. graph. Darst.
HochschulschriftWien, Techn. Univ., Diss., 2014
Anmerkung
Zsfassung in dt. Sprache
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)Hochenergie-Kernphysik / Elementarteilchenphysik / Detektorkalibration / Kalorimetrie
Schlagwörter (EN)high energy nuclear physics / elementary particles elementary particles / detector calibration / calorimetry
Schlagwörter (GND)LHC / ATLAS <Teilchendetektor> / Kalorimeter / Energie / Messgenauigkeit
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-62967 Persistent Identifier (URN)
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Energy measurement with the ATLAS electromagnetic calorimeter at the Per Mill accuracy level [12.22 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Das ATLAS-Experiment wurde entwickelt um die Proton-Proton Kollisionen am Large Hadron Collider (LHC) zu studieren. Es ist in mehrere Subdetektoren unterteilt, um die Eigenschaften aller Teilchen, die in den Proton-Proton Kollisionen produziert werden, zu messen. In den letzten drei Jahren wurden rund 20 x 10^14 solcher Kollisionen mit Schwerpunktsenergien von 7 TeV und 8 TeV aufgezeichnet. Die Energiemessung erfolgt in einem Flüssig-Edelgas-Kalorimeter mit Bleiabsorbern, das in vier hinterinanderliegenden Schichten segmentiert ist. Im Gegensatz dazu misst der innere Spurendetektor den Impuls von geladenen Teilchen. Das Hauptthema dieser Arbeit war die absolute Energiemessung des elektromagnetischen Kalorimeters und die Verbesserung der Messgenauigkeit. Um die Energieskala des elektromagnetischen Kalorimeters zu extrahieren, wurde eine Methode entwickelt, die sich das Verhältnis der gemessenen Energie im elektromagnetischen Kalorimeter zur Impulsskala des inneren Spurendetektors zu Nutze macht. Mehrere Effekte, die zu einer wesentlichen Verbesserung der Messgenauigkeit der extrahierten Energieskala beitragen, wurden untersucht. Mit dem vorgestellten Kalibrationsverfahren konnte die Linearität des Kalorimeters zum ersten Mal in ATLAS gemessen werden. Energieverlust auf Grund von Material vor dem Kalorimeter wurde untersucht. Der Unterschied in der Entwicklung des elektromagnetischen Schauers zwischen Monte-Carlo Simulationen und Kollisionsdaten wurde gezeigt. Die Uniformität der Energiemessung im gesamten Detektorvolumen als Funktion der Anzahl von gleichzeitiger Kollisionen mehrerer Teilchen und ihrer zeitlichen Entwicklung wurde gemessen. Die Messgenauigkeit der Energieskala relativ zu den in den verschieden Schichten gemessenen Energien wurde abgeschätzt. Eine der physikalisch wichtigsten, grundlegendsten Messungen im Standardmodell der Teilchenphysik ist die Bestimmung der Masse der W-Bosonen. Um die Masse des W-Bosons zu messen, ist eine Linearität in der Messung der Elektronenenergie in einem Bereich von 20 bis 80 GeV entscheidend. Der Einfluss der Energieskala und der Linearität abgeleitet aus den Ergebnissen der Kalibration auf die Messung der Masse des W-Bosons wurde untersucht. Das Ziel war es Messunsicherheiten zu bestimmen, die eine Messung der W-Boson Masse mit einer Genauigkeit kleiner als 0.02% ermöglichen.

Zusammenfassung (Englisch)

The ATLAS experiment is designed to study the proton-proton collisions produced at the Large Hadron Collider (LHC) at CERN. It is made up of various subdetectors to measure the properties of all the particles produced at the proton-proton collision. Over the last three years of running around 20 x 10^14 collisions of proton data have been collected. Liquid argon (LAr) sampling calorimeters are used for all electromagnetic calorimetry and for hadronic calorimetry in the end-caps. The Inner Detector, on the other hand, measures the transverse momentum of charged particles down to a momentum of 0.5 GeV/c. This thesis deals with the absolute measurement of the energy in the electromagnetic calorimeter and the improvement of the systematic uncertainties. A method using the ratio of the energy E in the calorimeter and the momentum measurement p in the Inner Detector (E/p) was used to extract the energy scale of the electromagnetic LAr calorimeter for electrons and positrons. To investigate and further reduce the systematic uncertainties of the extracted energy scale correction, several effects were studied. The calorimeter's linearity had to be measured - for the first time in ATLAS - in five regions of the detector. Energy loss due to material effects upstream of the calorimeter had to be investigated. Differences in the shower development between MC simulation and data, along with its energy dependence, was shown. The uniformity of the energy response was measured with respect to time, pile-up and detector geometry. The uncertainties on the energy scale relative to the different sampling energies in the calorimeter had to be estimated. One very important, fundamental measurement within the Standard Model of particle physics is the measurement of the mass of the W boson. To measure the mass of the W boson the linearity of the electron energy measurement in a region from 20 to 80 GeV is crucial. Using the derived energy scale and linearity from the E/p ratio the impact on the W mass measurement was shown. The goal was to estimate uncertainties for this measurement, which aims to reach an accuracy smaller than 0.02%.