Elementary Particle Physics
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Bachelor Theses Topics in Experimental Particle Physics

As the bachelor level at LMU is offered in German the descriptions will follow in German as well.

Das aktuelle SoSe2018-Angebot von Themen für Bachelorarbeit ist auch unter diesem Link als PDF verfügbar.

Übersicht

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Ausbildungsprogramm

Wir bieten im Sommersemester 2018 in der experimentellen Elementarteilchenphysik ein integriertes Programm, das Ihnen einen vielseitigen Einblick in unsere Forschungsarbeiten gibt. Im Zentrum des Programms stehen Bachelorarbeiten mit engem Bezug zu Forschungsthemen des ATLAS-Experiments am Large Hadron Collider am Forschungszentrum CERN in Genf und des Belle II-Experiments am Beschleunigerzentrum KEK in Japan. Wir möchten Ihnen hierbei Einblicke vermitteln in die physika- lischen Ziele und Analysemethoden der Experimente, in Detektorkonzepte und die Entwicklung neuer Detektorkomponenten und in Grid-Computing als innovative Technologie der Datenverarbeitung in der Teilchenphysik. Elemente unseres Programms sind:

  • Wahlpflichtlehrveranstaltung des Moduls V für Bachelor-Studenten (3+1 SWS, 6 ECTS Punkte):
    ‘Advanced Course in Particle Physics for Bachelor Students’
    • Teil I: Datenanalyse in der Teilchenphysik
      Dieser Kurs ist eine grundlegende Einführung zur Darstellung und statistischen Auswertung experimenteller Daten, zur Modellierung elementarer Teilchenreaktionen, zur Simulation von Detektoren und des Teilchennachweises und zur Rekonstruktion der Primärreaktion aus einem komplexen Ereignismuster.
      Die Teilnahme an Teil I dieses Kurses (09.04.-13.04.2018 ganztägig) ist verpflichtend für alle Bachelor-Studenten in der Experimentellen Elementarteilchenphysik
    • Teil II: Vertiefungsvorlesung Teilchenphysik
      Teil II vertieft die Konzepte der Elementarteilchenphysik und des experimentellen Nachweises spezieller Ereignistopologien. Vorlesung und Übungen finden begleitend zur 10-wöchigen Bachelor-Arbeit statt. Die Teilnahme am Teil II dieses Kurses wird allen Bachelor-Studenten in der Experimentellen Elementarteilchenphysik empfohlen.
      Die Teilnahme an einer Klausur zu Teil I und Teil II des Kurses ist Voraussetzung für den Erwerb von 6 ECTS Punkten im Bereich der Wahlpflichtveranstaltungen des Moduls V.
  • Physikalisches Seminar: Moderne Aspekte der Teilchenphysik
    Dieses Seminar findet wöchentlich begleitend zur Bachelor-Arbeit statt. Die Teilnahme am Seminar wird allen Bachelor-Studenten in der Experimentellen Elementarteilchenphysik empfohlen, Voraussetzung für den Erwerb von 3 ECTS Punkten ist die aktive Teilnahme und ein Referat.
  • Eine betreute Bachelor-Arbeit (12 ECTS Punkte, 16.04.-29.06.2018, die Zeitspanne entspricht einer Bearbeitungszeit von 10 Wochen unter Berücksichtigung von Feiertagen und einem vorlesungsfreien Tag), mit aktuellem Bezug zu unseren Forschungsarbeiten zu einem der nachfolgend aufgeführten Themen.

Weiterhin haben Sie bei uns in Garching die Möglichkeit an einem breiten Spektrum wissenschaftlicher Veranstaltungen in unserem Forschungsumfeld im Rahmen des ‘BMBF Forschungsschwerpunkts FSP-103 ATLAS’, des Exzellenzclusters ‘Origin and Structure of the Universe’, der HGF-Allianz ‘Physics at the Terascale’, des Maier-Leibnitz-Laboratoriums und der ‘Munich Particle Physics School’ teilzu- nehmen.

Ansprechpersonen: Wenn Sie Fragen zum Programm haben, oder wenn Sie sich bei der Auswahl der angebotenen Themenbereiche beraten lassen wollen, wenden Sie sich bitte an:

Prof. Dr. Otmar Biebel
Prof. Dr. Thomas Kuhr
Prof. Dr. Dorothee Schaile

Wenn Sie Interesse an oder Fragen zu einem spezifischen Thema haben, können Sie sich auch direkt an die angegebenen Kontaktpersonen wenden.

Suche nach Supersymmetrie

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Mit der Entdeckung eines Higgs-Bosons am Large Hadron Collider (LHC) am CERN im Juli 2012 wurde der letzte fehlende Baustein des Standardmodells experimentell nachgewiesen. Doch trotz seines Erfolgs kann das Standardmodell nicht alle Beobachtungen erklären. Ein prominentes Beispiel ist die Dunkle Materie, die im Standardmodell nicht enthalten ist. Es sind daher Theorien nötig, die über das Standardmodell hinausgehen. Supersymmetrie (SUSY) ist eine solche sehr gut motivierte Erweiterung, in der jedem Fermion ein neues bosonisches Partnerteilchen zugeordnet wird und jedem Boson ein neues Fermion, wie in der obigen Abbildung gezeigt. Hierdurch kann nicht nur die Existenz der Dunklen Materie auf natürliche Weise erklärt werden, sondern es lassen sich auch einige andere Konsistenzprobleme des Standardmodells beheben.
Mit dem erfolgreichen Neustart des LHC im Jahr 2015 bietet sich eine noch nie da gewesene Gelegenheit für eine Vielzahl von Teilchensuchen, da sich die Produktionsraten für neue Teilchen mit hohen Massen beim Wechsel von 8 auf 13 TeV relativ zum Untergrund um ein Vielfaches erhöhen, was zu einer deutlich höheren Sensitivität der Analysen führt.
In unserer Arbeitsgruppe bieten wir eine Reihe von Themen an, die unterschiedliche Aspekte auf dem Gebiet der Suche nach Physik jenseits des Standardmodells abdecken. Weitere Themen sind nach aktueller Themenlage in individueller Absprache möglich.

Suche nach schweren langlebigen geladenen Teilchen

In einer Vielzahl supersymmetrischer Modelle werden neue Teilchen vorhergesagt, deren Lebenszeit lang genug ist den Detektor zu erreichen und gegebenenfalls zu durchdringen. Die Suche nach diesen Teilchen ist zu großen Teilen orthogonal zu “klassischen” Suchen nach neuer Physik und stellt eine besondere experimentelle Herausforderung dar. Im Gegensatz zum Großteil der Suchen am Large Hadron Collider, die mit Hilfe der Rekonstruktion von Standardmodell-Zerfallsprodukten arbeiten, betrachten wir Modelle in denen hypothetische neue Teilchen selbst, oder durch einen später Zerfall, ein Signal im Detektor hinterlassen. Dies erfordert die Entwicklung bzw. Optimierung spezieller Rekonstruktionsmethoden und Simulationen zur Charakterisierung von Teilchen, die sich zum Teil deutlich langsamer als mit Lichtgeschwindigkeit bewegen.
Im Rahmen von mehreren Bachelorarbeiten wollen wir zum einen bisher in der Analyse ungenutzte Observablen bzw. Detektorkomponenten charakterisieren und deren Nutzen evaluieren und zum anderen Studien zur Sensitivität der Analyse auf bisher nicht abgedeckte Signaturen durchgeführen. Obendrein bieten wir einen allgemeinen Einblick in die theoretisch und experimentell spannende Welt der Suchen nach langlebigen Teilchen mit verschiedensten Signaturen.
Die Welt der exotischen Zerfallsmuster möglicher langlebiger Teilchen ist groß ... einfach mal auf ein Gespräch vorbeischauen!

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Dr. Sascha Mehlhase

Supersymmetrie mit einem Elektron oder Myon im Endzustand

Im 1-Lepton Kanal wird nach der starken Produktion von Gluinos und Squarks (supersymmetrische Partner des Gluons und der Quarks) und nach der elektroschwachen Produktion von Charginos und Neutralinos (supersymmetrische Partner der W-, Z- und Higgs-Bosonen) gesucht, die über Zwischenzustände in mehrere Jets, in nicht detektierbare Teilchen, und ein Elektron oder Myon zerfallen können.
Suchen in diesem Kanal wurden im Run-2 bereits erfolgreich durchgeführt. Im weiteren Verlauf von Run-2 wollen wir jedoch die Analyse in mehrere Richtungen erweitern. Untersuchungen zur Verbesserung der Analyseschnitte durch multivariate Techniken (‘Machine Learning’) bieten wir auch als Bachelorarbeit an. Ein Beispiel hierzu ist die Implementierung von Boosted Decision Trees, welche die unterschiedlichen kinematischen Eigenschaften des Signals gegenüber dem Untergrund möglicherweise besser hervorarbeiten können als die Standardanalyse.
Eine spezielle Teilanalyse betrachtet Zerfälle supersymmetrischer Teilchen in Higgs-Bosonen. Sollte ein solches Signal tatsächlich entdeckt werden, so würde dies auf die Kopplung von Higgs-Bosonen an supersymmetrische Teilchen hindeuten, wie von der Lösung des Hierarchieproblems gefordert. Obwohl diese Analyse bereits eine bemerkenswerte Sensitivität aufweist, wurden die speziellen Eigenschaften des Higgs-Bosons bislang nicht berücktsichtigt. Daher sollte sich die Sensitivität der Analyse weiter steigern lassen, indem die Eigenschaften des Higgs-Boson explizit einbezogen werden (‘Higgs-Tagging’). Studien hierzu können im Rahmen einer Bachelorarbeit durchgeführt werden. 

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Dr. Jeanette Lorenz

Supersymmetrie mit Tau-Leptonen im Endzustand

Für die Suche nach Supersymmetrie interessieren uns im Rahmen dieses Themas Prozesse, bei denen supersymmetrische Teilchen produziert werden, die dann in die schwerste Generation der Leptonen, die Tau-Leptonen, zerfallen. Tau-Leptonen können, im Gegensatz zu Elektronen und Myonen, sowohl in leichtere Leptonen als auch in Hadronen zerfallen. Ihre Detektorsignaturen sind daher besonders vielfältig. In vielen natürlichen Modellen von Supersymmetrie nimmt man an, dass die Massen der SUSY-Partner von Tau-Lepton (und von Top-Quark) vergleichsweise leicht sind, und dass diese Teilchen daher bevorzugt am LHC produziert werden. Die Produktion der SUSY-Teilchen kann sowohl über die starke als auch über die elektroschwache Wechselwirkung erfolgen, weshalb wir in diesem Bereich zwei Themen anbieten.
Bei der Produktion der supersymmetrischen Partnerteilchen der Top-Quarks (der Stops) über die starke Wechselwirkung sind die Wirkungsquerschnitte deutlich größer. In dieser Bachelorarbeit geht es darum, eine bestehende Analyse auf ein neues Modell zu erweitern, bei dem wir statt des Zerfalls der Stops über Staus (die supersymmetrischen Partner der Tau-Leptonen) den Zerfall über supersymmetrische Sneutrinos betrachten wollen. Hierbei bleibt der Endzustand, den wir im Detektor beobachten, derselbe, aber die Kinematik ändert sich grundsätzlich. Deshalb muss die Analyseselektion angepasst und optimiert werden, um erfolgreich nach diesem SUSY-Modell in den Daten suchen zu können. Eine zusätzliche Möglichkeit ist die Untersuchung, inwieweit sich das sogenannte ‘Template Morphing’ eignet, um von existierenden SUSY-Modellen zu unbekannten Modellen zu extrapolieren.
Falls die Masse der stark wechselwirkenden supersymmetrischen Teilchen außerhalb des vom LHC abgedeckten Energiebereichs liegt, ist es vielversprechender, nach der Produktion von supersymmetrischen Teilchen über die elektroschwache Wechselwirkung zu suchen. Auch bei dieser zweiten Bachelorarbeit werden Sie an einer Analyse für die Suche nach Supersymmetrie mit Tau-Leptonen mitarbeiten. Hierbei steht jetzt aber die direkte Produktion von supersymmetrischen Tau-Sleptonen im Fokus. Die geplanten Themen der Arbeit beschäftigen sich zum einen mit dem Einfluss des Triggers, der entscheidet, welche Kollisionsereignisse vom ATLAS-Detektor aufgezeichnet werden, und zum anderen damit, wie sich die Trennung von Supersymmetrie-Ereignissen vom Standardmodell-Untergrund verbessern lässt, und wie sich letzterer präziser abschätzen lässt. Aufgrund des kleinen Wirkungsquerschnitts ist hier der Einsatz von Methoden aus dem Bereich des Machine-Learning unerlässlicher Bestandteil der Analyse. 

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Dr. Alexander Mann 

Anwendung des ’Recursive Jigsaw Reconstruction’-Algorithmus für die Suche nach Supersymmetrie

Die Suche nach Supersymmetrie basiert auf fundamentalen Eigenschaften wie Impuls und Winkel der im ATLAS-Detektor rekonstruierten Zerfallsprodukte der SUSY-Teilchen. Aus diesen lassen sich komplexere Variablen ableiten, die für SUSY-Ereignisse eine charakteristische Verteilung aufweisen und so eine Unterscheidung von den Standardmodell-Prozessen erlauben. Ein Beispiel für eine abgeleitete Variable ist die transversale Masse, die schon bei der Bestimmung der W-Boson-Masse eine wichtige Rolle gespielt hat.
Eine Methode, neue Variablen zu entwerfen, welche die charakteristische Kinematik der interessierenden SUSY-Prozesse ausnutzen, ist der ’Recursive Jigsaw Reconstruction’-Algorithmus. Der Algorithmus macht sich das Wissen um die vorhergesagten Zerfallsketten der SUSY-Teilchen zunutze. Er weist den Teilchen aus dem im Detektor beobachteten Endzustand ein neues Inertialsystem zu, das näherungsweise einem Ruhesystem in der Zerfallskette entspricht. Es lassen sich so Größen berechnen, die beispielsweise proportional zu der Masse der zerfallenden Teilchen sind und damit zur Identifikation der Ereignisse mit schweren SUSY-Teilchen genutzt werden können.
Bei der Bachelorarbeit soll es darum gehen, im Rahmen der Suche nach den supersymmetrischen Tau-Sleptonen mit Hilfe von Monte-Carlo-Simulationsdaten die Vorhersagegenauigkeit dieses Algorithmus zu bestimmen und die Verbesserung der Sensitivität der Analyse durch die erhaltenen neuen Variablen zu studieren.

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Dr. Alexander Mann
Ferdinand Krieter 

Suche nach dem SUSY Partner des Top-Quarks im 4-Körper Zerfallskanal

In vielen natürlichen Modellen von Supersymmetrie nimmt man an, dass die Masse des SUSY-Partners des Top-Quarks (Stop) vergleichsweise leicht ist, und dass Stops daher bevorzugt am LHC produziert werden.
In unserer Arbeitsgruppe arbeiten wir an der Suche nach der Stop-Paar-Produktion wobei wir insbesondere am Stop-Zerfall in das leichteste SUSY-Teilchen, das Neutralino (Kandidat für dunkle Materie!) interessiert sind. Der Bereich mit kleiner Massendifferenz zwischen Stop und Neutralino ist von besonderem Interesse, da hier nur schwache Ausschlussgrenzen existieren. Allerdings stellt dieser Bereich wegen der ähnlichen Ereignistopologie der Stops und der verschiedenen Untergrundprozesse eine Herausforderung dar.
In dieser Bachelorarbeit soll der 4-Körper-Zerfall von Stops in ein b-Quark, zwei Fermionen und ein Neutralino mit einem Elektron oder Myon im Endzustand in einer ersten Studie untersucht werden. Da hier die Massendifferenz zwischen Stop und Neutralino kleiner als die Masse des W-Bosons ist, sind die Zerfallsprodukte nicht hochenergetisch, was dazu führt dass zum einen die Zerfallsprodukte nur teilweise rekonstruiert werden und dass die Untergrundsituation schwierig ist. Diskriminierende Variablen zwischen Stop und den verschiedenen Untergründen sollen für die beiden Fälle, bei denen b-Jets idententifiziert wurden oder nicht, untersucht werden.

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PD Dr. Jeannine Wagner-Kuhr

Machine Learning Algorithmen für die Suche nach dem SUSY-Partner des Top-Quarks

In vielen natürlichen Modellen von Supersymmetrie nimmt man an, dass die Masse des SUSY-Partners des Top-Quarks (Stop) vergleichsweise leicht ist, und dass Stops daher bevorzugt am LHC produziert werden.
In unserer Arbeitsgruppe arbeiten wir an der Suche nach der Produktion von Stops am LHC. Hierbei interessieren uns zum einen Zerfälle mit einem leichten Lepton (Elektron oder Myon) und zum anderen Zerfälle, bei denen hauptsächlich die schwereren Tau-Leptonen erzeugt werden.
Im Fall der Elektron/Myon-Suche betrachten wir den Stop-Zerfall in das leichteste SUSY-Teilchen, das Neutralino, welches ein Kandidat für Dunkle Materie ist. Insbesondere der Bereich mit kleiner Massendifferenz ∆m zwischen Stop und Neutralino ist von besonderem Interesse, da hier nur schwache Ausschlussgrenzen existieren. Bei der Tau-Lepton-Suche zerfällt das Stop über einen 3-Körper-Zerfall in ein b-Quark, ein Neutrino und ein Stau-Lepton, also das SUSY-Partnerteilchen des Tau-Leptons. Das Stau-Lepton zerfällt dann weiter in das Tau-Lepton und ein Gravitino, wobei hier das Gravitino der Kandidat für Dunkle Materie ist.
In beiden Analysen stellt der Untergrund eine große Herausforderung dar. Bei der Elektron/Myon-Suche ist im Bereich kleiner ∆m die Ereignistopologie der Stops sehr ähnlich zu den verschiedenen Untergrundprozessen. Bei der Tau-Lepton-Suche stellt dagegen der “fake”-Untergrund die Herausforderung dar, bei dem andere Objekte wie Elektronen oder hadronische Jets im Detektor vortäuschen, ein Tau-Lepton zu sein. Um in beiden Fällen Signal von Untergrund bestmöglich zu unterscheiden, sollen in beiden Analysen moderne ‘Machine-Learning’-basierte Analyseverfahren wie z.B. Deep-Learning, Neuronale Netze oder Boosted-Decision-Trees zum Einsatz kommen.

Elektron/Myon-Suche:
In einer Bachelorarbeit soll der 3-Körper-Zerfall von Stops in ein b-Quark, ein W-Boson und ein Neutralino betrachtet werden. Übliche Machine-Learning Algorithmen sind binäre Classifier, in denen Signal gegen Gesamtuntergrund trainiert wird. In dieser Arbeit soll dagegen erstmalig das Potential von modernen multi-class Classifiers, bei denen im Training auf verschiedene Kategorien, wie Signal, Untergrund 1, Untergrund 2, usw. trainiert wird, untersucht werden.

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PD Dr. Jeannine Wagner-Kuhr
Dr. Jovan Mitrevski

Tau-Lepton-Suche:
Für diese Analyse ist eine Veröffentlichung mit den Daten aus 2015 und 2016 in Vorbereitung. In der Bachelorarbeit können verschiedene neue und weiterführende Aspekte untersucht werden. Zum einen wird es darum gehen, die bestehende Suche auf Daten aus 2017 zu erweitern, und zu bestimmen, wieviel besser die Sensitivität der Analyse mit diesen zusätzlichen Daten werden kann. Zusätzlich soll vor allem auch das Potential der oben genannten Machine-Learning-Algorithmen ausgelotet werden, und ob diese für Modelle mit kleinen Stau-Lepton-Massen Verbesserungen bringen können. 

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Dr. Alexander Mann

Physik des Top-Quarks

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Das Top-Quark hat viele Besonderheiten im Vergleich zu den anderen Quarks. So hadronisiert es aufgrund seiner hohen Masse nicht und ’vererbt’ seine Eigenschaften direkt an seine Zerfallsprodukte. Da bis heute noch nicht alle seine vorhergesagten Eigenschaften überprüft werden konnten, stellt es auch weiterhin ein interessantes Studienobjekt dar. Der LHC mit seiner hohen Luminosität und Schwerpunktsenergie ist eine Top-Fabrik und ermöglicht somit erstmals Messungen zum Top-Quark mit hoher Statistik. Darüber hinaus spielt das Top-Quark eine wichtige Rolle in vielen Suchen nach Physik jenseits des Standardmodells.
In Proton-Proton Kollisionen, wie sie am LHC stattfinden, entstehen Top-Quarks hauptsächlich in Top-Antitop-Paaren. Gemäß Standardmodellvorhersage zerfallen diese beinahe ausschließlich in jeweils ein b-Quark sowie ein W-Boson, welches wiederum in zwei leichte Quarks oder ein Lepton-Neutrino-Paar zerfällt.
Im Rahmen einer Bachelorarbeit sollen die Eigenschaften des Top-Quarks bei Produktion und Zerfall genauer untersucht werden. Hierzu kann eines der nachfolgenden Themengebiete bearbeitet werden: 

Verbesserung der Zuordnung von Zerfallsteilchen zu Top-Quarks

Da Top-Quarks zu kurzlebig sind, um direkt mit dem Detektor beobachtet zu werden, müssen sie aus den Zerfallsprodukten rekonstruiert werden. In den Kollisionsreaktionen von LHC treten Top-Quarks beispielsweise in Paaren als Top- und Antitop-Quarks auf. Jedes Top-Quark zerfällt dabei in drei Sekundärteilchen, wobei Quarks als Sekundärteilchen ebenfalls nur über Jets von vielen Hadronen im Detektor beobachtet werden können. Ausgehend von den im Detekor gemessenen Teilchen müssen nun Top- und Antitop-Quark rekonstruiert werden. Dabei zeigt sich eine unerwartet geringe Effizienz der Rekonstruktionsprozedur. Mit dieser Bachelorarbeit soll die Ursache für die geringe Effizienz genauer untersucht und dann verbessert werden.

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Prof. Dr. Otmar Biebel

Studien zur Messung des Wirkungsquerschnitts von ttZ, Z → νν

Die Messung von Top-Quark-Paarproduktion mit assoziierten Bosonen ist ein wichtiger Prozess zur Untersuchung der Eigenschaften des Top-Quarks. Besonders interessant sind Endzustände bei denen ein assoziiertes Z-Boson ensteht, da dieser Prozess die gleiche Signatur aufweist wie die Erzeugung von Top-Quark-Paaren in Assoziation mit dunkler Materie.
Im Rahmen einer Bachelorarbeit soll der Kanal, in dem das Top-Quark-Paar in ein Elektron oder Myon und 4 Quarks, die als Teilchenbündel (Jets) im ATLAS Detektor nachgewiesen werden, zerfällt und das Z-Boson in Neutrinos zerfällt, erstmalig untersucht werden. Insbesondere sollen diskriminierende Variablen zwischen ttZ und den verschiedenen Untergründen identifiziert werden.

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Dr. Jeannine Wagner-Kuhr

Machine Learning Algorithmen zur Untersuchung von ttZ Endzuständen

Die Messung von Top-Paarproduktion mit assoziierten Bosonen ist ein wichtiger Prozess zur Untersuchung der Eigenschaften des Top-Quarks. Besonders interessant sind Endzustände bei denen ein assoziiertes Z-Boson in Quarks zerfällt, die als Teilchenbündel (Jets) im ATLAS Detektor nachgewiesen werden, da man hier zum einen über die Messung des Wirkungsquerschnittes in direkter Weise auf die Top-Z-Kopplung schliessen kann, und zum anderen, da dies ein irreduzibler Untergrund für die Messung von ttH, H → bb und somit für die Messung der Top-Higgs Yukawa-Kopplung ist.
Allerdings sind solche Endzustände mit vielen Jets im Endzustand schwierig zu identifizieren, da verschiedene andere Prozesse eine ähnliche Signatur aufweisen. Daher werden in dieser Analyse ‘Machine-Learning’ basierte Analyseverfahren wie z.B. Deep-Learning, Neuronale Netze oder Boosted-Decision-Trees angewendet, um eine gute Unterscheidung von Signal und Untergrund zu erreichen.
Diese Bachelorarbeit soll das Potential von separaten Machine-Learning Algorithmen für die Trennung von Signal und verschiedenen Untergünden sowie die anschliessende Kombination der verschiedenen multivariaten Ausgabeverteilungen in einem weiteren Machine-Learning Algorithmus, untersuchen.

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Dr. Jeannine Wagner-Kuhr
Dr. Jovan Mitrevski

Detektor-R&D zum Teilchennachweis

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Test eines Prototyps für großflächige Micromegas-Detektoren, die im Myonspektrometer des ATLAS Experiments zum Einsatz kommen werden.

Micropatterndetektoren

Micropatterndetektoren sind moderne gasgefüllte Detektoren mit mikrostrukturierter Anodenauslese und vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten in der fundamentalen oder interdisziplinären Forschung. Sie ermöglichen eine sehr gute Ortsauflösung von 50μm und besser, und können Teilchen auch bei sehr hohen Raten noch mit hoher Effizienz und Genauigkeit detektieren.
Am Lehrstuhl Schaile werden gerade 2m x 2m große Micromegas-Detektoren (MICROMEsh GAseous Structures) gebaut und getestet. Diese sollen am ATLAS Experiment am CERN ab 2019 eingesetzt werden. Bei dieser Serienproduktion werden die Detektoren regelmäßig in unserem Höhenstrahlungsmessstand in Garching untersucht. Die Durchführung und Auswertung der Messungen ist eines von mehreren Themen für eine Bachelorarbeit. Dabei erhält man aus der Rekonstruktion kosmischer Myonen-Spuren einen Satz von Kalibrationsgrößen, die beim späteren Einsatz im ATLAS Experiment verwendet werden, um die optimale Messgenauigkeit der Micromegas-Detektoren zu erreichen. Eine der spannenden Fragestellungen ist dabei die erreichbare Ortsauflösung für Myonen-Spuren, die ebenso schräg durch den Detektor verlaufen wie später die Myonen aus den Kollisionsreaktionen im ATLAS-Detektor. Diese Ortsauflösung ist entscheidend für die Messgenauigkeit des Myon-Impulses im ATLAS Experiment.
Außerdem entwickeln wir sehr dünne und äußerst hochratenfeste floating strip Micromegas-Detektoren, die sich zur Verwendung in Spurkammern und in Systemen zur medizinischen Bildgebung eignen, sowie Gaseous Electron Multiplication (GEM) Detektoren, mit denen niederenergetische Neutronen und Röntgen-Photonen mit hoher Ortsmessgenauigkeit nachgewiesen werden können.
Zugleich simulieren und untersuchen wir das Verhalten von Elektronikschaltungen zur Auslese der Detektorsignale, die für eine zweite Stufe des Upgrades des ATLAS-Detektors eingesetzt werden soll. Hierfür werden sowohl elektronische Testschaltungen entwickelt, die im Rahmen eines Bachelorarbeitsthemas zur systematischen Untersuchung und Charakterisierung der neuen Elektronikschaltungen verwendet werden können. Bei einem weiteren Thema geht es um die Installation und den Test der neuen Elektronikschaltungen auf Detektoren im Höhenstrahlungsmessstand, womit Messung von kosmischen Myon-Spuren unter realen Betriebsbedingungen möglich sind.
Die Arbeiten bieten Einblick in modernste Detektortechnologie und somit auch in die dabei zugrundeliegende Physik sowie in modernste Ausleseelektronik. Sie können auch gerne in einem Team aus mehreren Studenten arbeiten. Am besten, Sie schauen auf ein persönliches Gespräch bei uns vorbei, dann finden wir bestimmt ein für Sie passendes Thema. 

Kontakt
Prof. Dr. Otmar Biebel
Dr. Ralf Hertenberger
Dr. Chrysostomos Valderanis

Flavour-Physik

Weitere Themen der Teilchenphysik, speziell auf dem Gebiet der Flavour-Physik findet ihr auf der Seite von Prof. Kuhr.

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