Topological insulators belong to a new quantum state of matter that is currently one of the most recognized research fields in condensed matter physics. Strained bulk HgTe and HgTe/HgCdTe quantum well structures are currently one of few topological insulator material systems suitable to be studied in transport experiments. In addition HgTe quantum wells provide excellent requirements for the conduction of spintronic experiments. A fundamental requirement for most experiments, however, is to reliably pattern these heterostructures into advanced nano-devices. Nano-lithography on this material system proves to be challenging because of inherent temperature limitations, its high reactivity with various metals and due to its properties as a topological insulator. The current work gives an insight into why many established semiconductor lithography processes cannot be easily transferred to HgTe while providing alternative solutions. The presented developments include novel ohmic contacts, the prevention of metal sidewalls and redeposition fences in combination with low temperature (80 °C) lithography and an adapted hardmask lithography process utilizing a sacrificial layer. In addition we demonstrate high resolution low energy (2.5 kV) electron beam lithography and present an alternative airbridge gating technique. The feasibility of nano-structures on HgTe quantum wells is exemplarily verified in two separate transport experiments. We are first to realize physically etched quantum point contacts in HgTe/HgCdTe high mobility 2DEGs and to prove their controllability via external top-gate electrodes. So far quantum point contacts have not been reported in TI materials. However, these constrictions are part of many proposals to probe the nature of the helical quantum spin Hall edge channels and are suggested as injector and detector devices for spin polarized currents. To confirm their functionality we performed four-terminal measurements of the point contact conductance as a function of external gate voltage. Our measurements clearly exhibit quantized conductance steps in 2e2/h, which is a fundamental characteristic of quantum point contacts. Furthermore we conducted measurements on the formation and control of collimated electron beams, a key feature to realize an all electrical spin-optic device. In a second study several of the newly developed lithography techniques were implemented to produce arrays of nano-wires on inverted and non-inverted HgTe quantum well samples. These devices were used in order to probe and compare the weak antilocalization (WAL) in these structures as a function of magnetic field and temperature. Our measurements reveal that the WAL is almost an order of magnitude larger in inverted samples. This observation is attributed to the Dirac-like dispersion of the energy bands in HgTe quantum wells. The described lithography has already been successfully implemented and adapted in several published studies. All processes have been optimized to guarantee a minimum effect on the heterostructure’s properties and the sample surface, which is especially important for probing the topological surface states of strained HgTe bulk layers. Our developments therefore serve as a base for continuous progress to further establish HgTe as a topological insulator and give access to new experiments. / Topologische Isolatoren (TIs) beschreiben einen neuartigen Quanten-Aggregatszustand, der derzeit eines der meist beachteten Forschungsfelder in der Festkörperphysik darstellt. Verspannt gewachsene HgTe Schichten, sowie HgTe/HgCdTe Quantentrogstrukturen sind als eines der wenigen TI-Materialsysteme geeignet, um in Transportexperimenten untersucht zu werden. Darüber hinaus bieten HgTe Quantentröge hervorragende Voraussetzungen zur Durchführung von Spintronik-Experimenten. Eine grundlegende Voraussetzung für die meisten Versuche ist die zuverlässige Herstellung komplexer Nanostrukturen in diesen Schichtsystemen. Aufgrund der intrinsischen Temperaturgrenzen, der hohen Reaktivität mit verschiedensten Metallen und nicht zuletzt seiner Eigenschaften als topologischer Isolator, stellt Nanolithographie auf HgTe eine Herausforderung dar. Die vorliegende Arbeit zeigt auf, weshalb viele der in der Halbleitertechnik etablierten Lithographieprozesse nicht einfach auf HgTe übertragbar sind und bietet stattdessen alternative Lösungen. Die vorgestellten Entwicklungen befassen sich unter anderem mit der Herstellung ohmscher Kontakte, der Vermeidung metallischer Seitenwände und Ätzresiduen in Kombination mit Niedertemperatur-Lithographie (≤80 °C) und einem angepassten Hartmasken-Lithographieprozess. Zusätzlich demonstrieren wir hochauflösende Niederenergie-Elektronenstrahllithographie (2.5 kV) und die Strukturierung freitragender Gate-Elektroden. Die Realisierbarkeit von Nanostrukturen in HgTe Quantentrögen wurde anhand zweier unabhängiger Transportexperimente verifiziert. Wir präsentieren die erste Umsetzung physikalisch geätzter Quantenpunktkontakte in hochbeweglichen HgTe/HgCdTe 2DEGs und weisen deren Kontrollierbarkeit mittels externer Topgate-Elektroden nach. Bisher wurden experimentell noch keine Quantenpunktkontakte in TI-Materialien realisiert. Um deren Funktionalität zu bestätigen, wurden Messungen des Punktkontaktleitwerts als Funktion der externen Gate-Spannung durchgeführt. Die Messungen zeigen deutlich quantisierte Leitwertstufen in Abständen von 2e2/h, ein Charakteristikum von QPCs. Darüber hinaus wurden Untersuchungen zur Erzeugung und Kontrolle kollimierter Elektronenstrahlen durchgeführt, einer Schlüsselvoraussetzung zur Umsetzung spinoptischer Bauteile. Für die zweite Studie wurden mehrere der beschriebenen Lithographie- Techniken angewandt, um präzise Anordnungen aus Nanodrähten aus invertierten sowie nicht invertierten Quantentrögen zu erstellen. Mit diesen Proben wurde der Effekt der schwachen Antilokalisierung in Abhängigkeit von Magnetfeld und Temperatur untersucht. Unsere Messungen zeigen, dass die schwache Antilokalisierung in invertierten Proben um fast eine Größenordnung höher ist. Diese Beobachtung kann wiederum der Dirac-artigen Dispersion der Energiebänder in HgTe Quantentrögen zugeschrieben werden. Alle Lithographieprozesse wurden optimiert, um Einflüsse auf die Materialeigenschaften sowie die Probenoberfläche zu minimieren. Dies ist besonders für die Untersuchung der topologischen Oberflächenzustände verspannt gewachsener HgTe-Schichten relevant. Die vorgestellten Entwicklungen dienen dabei als Grundlage, um HgTe weiter als topologischen Isolator zu etablieren und gewähren Zugang zu neuen Experimenten. Die in dieser Arbeit beschriebene Lithographie fand bereits mehrfach Anwendung in verschiedenen veröffentlichten Studien.

Diese Arbeit befasst sich mit den spektralen Signaturen molekularer Aggregate sowie mit ihrer Wellenpakets- und Populationsdynamik in angeregten Zuständen unter dem Einfluss externer Störungen und photoinduzierter Asymmetrie. Hierzu werden quantendynamische numerische Berechnungen mit der Multi-Configuration Time-Dependent Hartree-Methode durchgeführt, um die angesprochenen Prozesse zu charakterisieren. Durch die Konzentration auf Modellrechnungen sind die qualitativen Ergebnisse dieser Arbeit auf viele Systeme übertragbar. Zunächst widmet sich die Arbeit den linearen UV/Vis-Absorptions- und Emissionsspektren von Aggregaten. Hier zeigt sich, dass die Anzahl der Größen, die ein Absorptionsspektrum bestimmen -- etwa die Anzahl der Chromophore, ihre geometrischen Anordnung und die elektronische Kopplung zwischen ihnen -- zu groß ist, um ihre numerischen Werte eindeutig aus den Spektren bestimmen zu können. Insbesondere können sich die Auswirkungen der Aggregatgröße und der Kopplungsstärke gegenseitig so beeinflussen, dass die Form der Absorptionsbande bei sehr unterschiedlichen Systemen nahezu identisch ist. Daraus ergeben sich Schwierigkeiten bei der Interpretation experimenteller Spektren, insbesondere von selbst-aggregierten Oligomeren, deren Größe unbekannt ist. Es ist daher notwendig, entweder die elektronische Kopplung oder die Anzahl der Monomere in einem Aggregat durch andere experimentelle Methoden unabhängig zu bestimmen. Ist die Aggregatgröße jedoch bekannt, können die Absorptionsspektren sehr wohl zur Bestimmung anderer Eigenschaften des Systems herangezogen werden. Dies wird durch die Untersuchung der Spektren kovalent gebundener zyklischer Aggregate aus drei und vier cis-Indolenin-Squarain-Molekülen als Beispiel für Systeme mit bekannter Größe dargestellt. Das zweite Hauptthema der Arbeit ist die Populationsdynamik in angeregten Zuständen molekularer Aggregate. Dazu werden numerische Rechnungen an Dimeren, Pentameren und Nonameren durchgeführt. Eine Asymmetrie, sei es im System selbst oder am Wellenpaket, das durch die Anregung entsteht, kann dazu führen, dass ein einzelnes Monomer dauerhaft bevorzugt populiert ist. Wenn durch eine externe Störung die Energie des angeregten Zustands bestimmter Monomere für eine gewisse Zeit erhöht ist, kommt es zu einer Lokalisation der Population in diesem energetisch höheren Zustand. In einem System mit weiteren internen Freiheitsgraden wird die Population auf benachbarte Monomere übertragen, wenn der Betrag der Energieverschiebung des gestörten Zustands mit dem Abstand der Schwingungsniveaus zusammenfällt. Der anfängliche Lokalisierungseffekt ist darüber hinaus zustandsspezifisch: Er wird durch die Überlappintegrale der Schwingungskomponenten der Wellenfunktion in den diabatischen angeregten elektronischen Zuständen bestimmt. Durch die Kombination von zwei Laserpulsen kann auch ein Wellenpaket in den angeregten Zuständen erzeugt werden, dessen Symmetrieachsen nicht mit denen der Potentialflächen des Systems zusammenfallen. Dadurch, dass hier die Asymmetrie schon im Wellenpaket vorliegt, kann es auch ohne äußere Störung zu einer Lokalisation der Population auf einem Monomer kommen. / This work studies the spectral signatures of molecular aggregates as well as their excited-state wave-packet and population dynamics under the influence of external perturbations and photo-induced asymmetry. Quantum dynamical numerical calculations employing the Multi-Configuration Time-Dependent Hartee method are performed in order to characterize the aforementioned processes. Concentrating on model calculations, the results of this work can qualitatively be transferred to a variety of different systems. First, linear UV/Vis- absorption and emission spectra of aggregates are investigated. It becomes apparent that the number of quantities which determine an absorption spectrum -- such as the number of chromophores, their geometrical arrangement and the electronic coupling between them -- is too large to uniquely determine their numerical values from the specta. Especially, the effects of the aggregate size and the coupling strength can influence each other in a way such that nearly identical spectra are obtained for vastly different systems. This leads to difficulties in the interpretation of experimental spectra, in particular when investigating self-assembled oligomers whose size is unknown. It is thus necessary to determine either the number of monomers within the Aggregate or their electronic coupling independently via other experimental techniques. If the aggregate size is, however, known, absorption spectra provide a valuable tool for determining other properties of the system under investigation. This is shown by investigating the spectra of covalently linked aggregates comprised of three or four cis-Indolenine Squaraine dye molecules as an example for systems of known size. The second main topic of the thesis is the excited-state population dynamics of molecular aggregates. Here, numerical calculations for dimer, pentamer and nonamer systems are performed. It is shown that any asymmetry, originating from the system itself or from the photo-excited wave-packet, leads to a quasi-permanent enhancement of the population of a single monomer unit. When the energy of the excited states of certain monomers is increased by an external perturbation, the excited-state population is, after a very short time, localized in the state with higher energy. In a system that features additional internal degrees of freedom, the population is transferred to neighboring Monomers if the energy shift of the perturbed state is in resonance with the spacing of the vibrational levels. In addition, the inital localization effect is state-specific as it is determined by the overlap integral of the vibrational wave-function components in the diabatic electronic states. By combining two laser pulses, it is possible to generate an excited-state wave-packet whose axes of symmetry do not coincide with those of the potential energy surfaces of the system. Since, here, the asymmetry is already contained in the wave-packet, localization of the population on a single monomer is possible even without an external perturbation.

Im Rahmen eines vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten Projektes (Förderkennzeichen 02NUK010A) wurden an einem senkrechten, mit Flüssigkeit umströmten und beheizten Stabbündel gammadensitometrische Gasgehaltsmessungen durchgeführt. Es wurden zwei Messpositionen, zwei Volumenstromraten des umströmenden Fluides, zwei Unterkühlungswerte und elf Wärmestromdichten zur Messung gewählt. Der Bericht umfasst die Beschreibung des Versuchsstandes, die Messmethodik, Ergebnisse und deren Interpretation. Im Detail wird ebenfalls die Messunsicherheit bewertet.

Se ha realizado la síntesis de nuevos compuestos macrocíclicos con conjuntos de átomos donadores mixtos de nitrogeno, azufre y fósforo. Se ha ensayado la capacidad coordinante de éstos frente a metales de transición como ni(ii), pd(ii), cu(ii), rh(i) o ru(ii). Mediante la comparación de su capacidad coordinante con la de otros ligandos similares se han intentado establecer unas pautas de reactividad relacionadas con la medida de la cavidad macrocíclica y la naturaleza de los átomos donadores. / New macrocycles with combined donor atoms sets were sinthetised. Nitrogen, sulphide and phosphorous were used as donor atoms in these ligands. During this job, the co-ordinative capacities were assayed in front of several transition metals as ni(ii), pd(ii), cu(ii), rh(i) o ru(ii). Comparing the co-ordinative capacity of the synthetised compounds with the same capacity from similar ligands, we tried to stablish reactivity trends for these new ligands related to the size of the macrocyclic cavity and the nature of the donor atoms.

La detecció selectiva d'ions i de molècules és un tema d'especial interès per a la comunitat científica. El disseny de nous quimiosensors és un fet important per al desenvolupament de nous agents complexants, que poden ser usats com a ionòfors en diferents camps d'interès industrial, mediambiental, biològic i analític. Aquests sistemes funcionalitzats normalment estan constituïts per una unitat receptora connectada, a través d'un espaiador, amb una unitat assenyaladora.Aquesta treball descriu la síntesi i la caracterització de diversos quimiosensors fluorescents o potenciomètrics, que contenen lligands macrocíclics. Aquests quimiosensors estan basats en els macrocicles de 14 baules: 3,11-ditia-7,17-diazabiciclo[11.3.1]heptadeca-1(17),13,15- triè i 1,4,7-tritia-11-azaciclotetradecà, els quals contenen sistemes donadors N2S2 i NS3, respectivament. Les unitats assenyaladores dels quimiosensors fluorescents són grups antracènics o cumarínics, i les unitats assenyaladores del quimiosensors potenciomètrics són grups ferrocènics.Les propietats coordinants d'aquests quimiosensors han estat estudiades enfront de diferents ions metàl·lics de transició, prenent especial atenció en els cations Ni(II), Cu(II), Co(II) i Pd(II). Les propietats coordinants dels quimiosensors fluorescents s'han estudiat a través de valoracions d'absorció i d'emissió, mentre que les dels quimiosensors potenciomètrics han estat estudiades per voltametria cíclica. / Selective detection of ions and molecules is an object of special attention for the chemical community. The design of new chemosensors is important for the development of more efficient complexing agents, which might be used as selective metal ionophores in several areas of industrial, environmental, biological, or analytical interest. These functionalized systems usually have a receptor unit, covalently connected to a signaling unit, through a linking group.This work describes the synthesis and characterization of some macrocyclic-containing fluorescence or potentiometric chemosensors. All these chemosensors are based on the 14-membered macrocycles: 3,11-ditia-7,17-diazabicyclo[11.3.1]heptadeca-1(17),13,15-triene and 1,4,7-trithia-11-azacyclotetradecane, which contain N2S2 or NS3 donor sets, respectively. Such fluorescence chemosensors have anthracene or coumarin moieties as signaling units, whereas those potentiometric ones have ferrocene moieties as signaling units. Their coordination properties towards some transition metal ions have been explored. Special attention has been paid to Ni(II), Cu(II), Co(II) and Pd(II) ions. The coordination properties of those fluorescent chemosensors have been investigated by absorption and fluorescence titrations, and those corresponding to potentiometric chemosensors have been explored using cyclic voltammetry techniques.

Les mesures de les propietats del bosó W (amplada, acoblaments i massa) permeten comprovar la validesa del Model Estàndard de les interaccions electro-febles. A més, la combinació amb les mesures dels altres paràmetres del model permet obtenir una mesura indirecta de la massa del bosó de Higgs.El programa LEP2 (1996-2000) de l'accelerador LEP al CERN ha ofert condicions sense precedents per a l'estudi de les propietats del W. Els bosons W es produeixen a LEP2 a través de la reacció e+e- Æ W+W-. 40.000 d'aquests esdeveniments han estat enregistrats entre els quatre experiments de LEP. A LEP2, la mesura més precisa de la massa del W (MW) prové de la reconstrucció cinemàtica dels productes de desintegració dels dos Ws en cada esdeveniment.El treball presentat en aquesta tesi consisteix en la mesura per reconstrucció directa a través del canal hadrònic, és a dir, fent servir aquells esdeveniments en que els dos Ws decauen en un parell de jets. Aquest canal comprèn el 46% dels esdeveniments, i té l'avantatge de que no hi ha neutrinos en l'estat final, permetent una reconstrucció cinemàtica completa.Per tal d'extreure la mesura de MW, la distribució de masses invariants que obtinguda de la reconstrucció dels esdeveniments és ajustada a les distribucions obtingudes amb Monte Carlo (MC) corresponents a diferents hipòtesis de MW. En conseqüència, qualsevol discrepància entre els esdeveniments reals i de MC es converteix en una font d'indeterminació sistemàtica en la mesura.La discrepància més rellevant en el canal hadrònic és l'originada pels anomenats efectes de QCD. El procés d'hadronització (evolució dels quarks fins al conjunt final d'hadrons) ocorre en el domini de la QCD no pertorbativa, i per tant només disposem de models fenomenològics per la seva descripció. A més, consideracions teòriques fan preveure l'aparició de dos fenòmens de connexió entre les cascades de decaïment de les dues Ws. Un té naturalesa estadística: les correlacions de Bose-Einstein entre bosons idèntics dels dos decaïments. L'altra comprèn les possibles interaccions fortes entre les cascades, i s'anomena reconnexió de color. En aquesta tesi es descriuen els models disponibles de efectes de QCD, i es calculen les indeterminacions que prediuen en la mesura de MW.De cara a reduir aquestes indeterminacions, un algoritme de jets basat en cons ha estat expressament dissenyat, i es presenta en aquesta tesi. A més de la reducció de l'error en la mesura, el nou algoritme ofereix la possibilitat de validar experimentalment els models disponibles de reconnexió de color, a través de la comparació de les mesura de MW fent servir l'algoritme estàndard i el nou.La mesura de MW amb les dades recollides per ALEPH fent servir el mètode estàndard és: MWstan = 80.504 ± 0.133 GeV. La mesura amb el nou algoritme resulta: MWcone = 80.473 ± 0.090 GeV. La comparació dels resultats és compatible amb l'absència d'efectes de connexió en MW. Un dels models més àmpliament utilitzats de reconnexió de color (SK1) conté un paràmetre lliure (kI). De la comparació dels resultats amb i sense l'algoritme de cons, es pot extreure un límit amb un 68% (95%) de nivell de confiança a kI > 8.6 (28.4). / The measurements of the properties of the W boson (width, couplings, and mass) provide a powerful check of the validity of the Standard Model of electroweak interactions. In addition, the combination with other measured parameters of the model allows performing an indirect measurement of the mass of the Higgs boson.The LEP2 programme (1996-2000) of the LEP accelerator at CERN has offered unprecedented conditions for the study of the W properties. W bosons were produced at LEP2 through e+e- Æ W+W-, and 40,000 of such events were collected between the four LEP experiments. At LEP2, the most precise measurement of the mass is based in the direct reconstruction of the decay products of the two Ws in each event.The analysis presented in this thesis consists on the measurement by direct reconstruction of the W mass through the hadronic channel, that is, using those events in which both Ws decay into a pair of jets. This channel accounts for the 46% of the events, and it has the advantage that no hard neutrinos are present in the final state, hence allowing a complete kinematical reconstruction.The invariant mass distribution obtained after the event reconstruction is fitted to those obtained from Monte Carlo (MC) samples under several W mass hypotheses. The W mass is extracted from this fit. Therefore, any discrepancy between real and MC events becomes a source of systematic uncertainty in the measurement. The most relevant of those discrepancies for the hadronic channel are the so-called QCD-effects. The hadronisation process (evolution of the initial set of quarks into the final set of hadrons) occurs in the dominium of non-perturbative QCD, and hence only phenomenological models are available. In addition, some interconnection effects between the two W decays are theoretically expected to occur. One is of statistical nature: Bose-Einstein correlations between identical bosons present in the two W decays. The second accounts simply for the possibility of strong interactions between the two cascades, and is generally called colour reconnection. In this thesis, the available MC models for QCD effects are discussed. In addition, the systematic uncertainties predicted for the W mass measurement are computed for each model.In order to reduce such systematics, a dedicate cone-jet algorithm has been designed and is presented in this thesis. The new algorithm is shown to reduce strongly the systematical uncertainty coming from QCD effects. As a by-product, the comparison of the mass measured using the standard reconstruction procedure and the new cone algorithm allows an experimental validation of the available models of reconnection effects.The measurement of the W mass using the whole sample of data collected at LEP2 with ALEPH gives MWstan = 80.504 ± 0.133 GeV. The measurement with the new cone algorithm gives MWcone = 80.473 ± 0.090 GeV. The result of the comparison of both measurements is compatible with null or small interconnection effects in MW. One of the models more generally used for colour reconnection (SK1) has a free parameter (kI). From the comparison of the standard and cone results, a 68% (95%) exclusion limit can be set at kI > 8.6 (28.4).

El descobriment de les partícules estranyes i la concreció del model d'estranyesa, que permet avançar cap el model de quarks, ha estat poc tractat pels historiadors de la física, els quals han centrat els seus esforços en d'altres fites importants que compteixen en temps i espais amb el descobriment d'aquestes partícules: l'asssentament de la QED, el descobriment del pió i la seva relació amb les forces nuclears, l'escalada energètica dels acceleradors... La historiografia parla copiosament del desenvolupament de la física nuclear en les dècades 30 i 40, del treball en els laboratoris i de l'estudi de la natura dels raigs còsmics. A partir d'aquí, però, es passa a la Big Science, al treball als grans acceleradors que en un primer moment s'incriuen a la recerca nuclear i, tot seguit, a la física de partícules.Aquesta tesi pretén començar a omplir aquest buit. L'estudi que ens ocupa, en ell mateix, ofereix a la història de la ciència un exemple de procés microhistòric de descobriments múltiples, mancats de predicció teòrica i que abasten una dècada sencera (1947-1957). Però més enllà de la seva singularitat, el procés de descobriment i teorització de les partícules estranyes pot servir de pont per entendre la transició dels laboratoris de radioactivitat i física nuclear del període d'entreguerres als laboratoris organitzats al voltant dels grans acceleradors, o la transició de la física nuclear a la física de partícules. Es per tot això que creiem que no es pot menystenir la seva contribució.

QCD es una teoría que gobierna la interacción fuerte entre quarks y gluones dentro de los hadrones, por ejemplo, protones y neutrones. Esta teoría tiene dos características: libertad asintótica y color confinamiento. La dependencia de la constante de acoplamiento con la escala es tal que esta decrece con la distancia entre partones. Esto permite realizar precisos cálculos teóricos a una gran escala de energía usando teoría de perturbaciones (pQCD). Además, la fuerza de la interacción incrementa con la distancia entre partones y gluones obligando que estos estén confinados en hadrones.En el acelerador Tevatron, protones y antiprotones colisionan a una alta energía. En estas colisiones se producen jets de hadrones colimados en la misma dirección de los quarks y gluones que han colisionado. La medida de la sección eficaz de producción de jets centrales constituye una prueba de las predicciones de pQCD en más de ocho órdenes de magnitud. Además la medida también es sensible a la distribución de los partones dentro del proton (PDFs). Medidas de la producción de jets a grandes rapidititis son importantes porque ayudan a restringir la incertidumbre en esas distribuciones de los partones en una región donde no se espera señal de nueva física. Esta tesis presenta la medida de producción de jets usando datos recogidos por el experimento CDF, uno de los detectores que estudia las colisiones en Tevatron. La medida esta hecha con un algoritmo muy preciso para buscar jets, relativamente nuevo en colisionadores hadrónicos. La medida esta comparada con predicciones de pQCD, donde los efectos de efectos no-perturbativos han sido incluidos. Los resultados demuestran que hay un excelente acuerdo entre la medida y la teoría, no mostrando señal de nueva física. Además, las incertidumbre es la medida son mas pequeñas que la teoría, cosa que indica que estas medidas pueden ser usadas para restringir las PDFs. / QCD is the gauge theory that governs the strong interactions between quarks and gluons inside hadrons like, for example, protons and neutrons. It shows two well established characteristics, related to the non-abelian nature of the theory, that dominate its phenomenology: asymptotic freedom and color confinement. The dependence of the strong coupling with the hard scale is such that it decreases with decreasing the distance between partons. This allows performing precise theoretical calculations at large energy transfer using perturbative QCD (pQCD). In the other hand, the strength of the interaction increases with the distance between partons and thus colored quarks and gluons are forced to be confined inside colorless hadrons.At the Tevatron at Fermilab, protons and antiprotons collide at very high energy. In those collisions, collimated jets of hadrons are produced along the direction of struck quarks and gluons in the final state. The measurement of the inclusive jet production cross section provides a stringent test of pQCD predictions over almost nine orders of magnitude. In addition, the measurement is sensitive to the parton distribution in the proton (PDFs). Jet measurements at large rapidities are important because they constrain the gluon density in a region where no effect from new physics is expected.This PhD. Thesis presents a measurement of the inclusive jet production cross section using the new data collected by the CDF experiment in Run II, one of the detectors at Tevatron. The longitudinally invariant kT algorithm has been used in order to search for jets in the final state. The measurement is compared to pQCD NLO calculations where non-perturbative effects from the underlying event and the fragmentation of partons into jets of hadrons have been taken into account. The results show an excellent agreement between the measurements and the theory, without presenting signal for new physics. In addition the systematic uncertainties in the measurements are smaller than in the theory, indicating that these measurements can be used to constrain the PDFs.

En instal·lacions de radiació sincrotró, es necessiten detectors amb una bona resolució espacial i un alt ritme de contes local per tal de dur a terme experiments de difracció de raigs x en l'escala temporal del mil·lisegon. Els detectors de gas de micro-fabricació (MPGD) poden satisfer aquests requeriments gràcies a l'alta densitat d'elèctrodes que presenten. No obstant aquest tipus de detectors presenten dos grans problemes: descàrregues elèctriques destructives i un deteriorament continu durant el seu us continuat.En aquest treball presentem una nova estructura de MPGD: el Micro Reading Mesh Chamber (MRMC). És un MPGD amb un estadi d'amplificació. El detector està dividit en dues regions: la regió de deriva i la regió de multiplicació. Aquestes estan separades per una malla formada per elèctrodes de lectura. El pla de l'ànode té una capa de material resistiu a la seva superfície.El disseny del MRMC redueix els problemes que els actuals MPGD presenten. Entre d'altres avantatges, el posicionament dels elèctrodes de lectura a la malla incrementa la sensibilitat dels càtodes a la senyal. Això permet una reducció de la intensitat del camp elèctric de multiplicació. En conseqüència, la càrrega del detector i la probabilitat de descàrregues destructives es redueix.S'han realitzat diverses simulacions per tal d'avaluar i optimitzar el rendiment del detector. Degut al gran nombre de paràmetres que poden ser escollits i del gran nombre de característiques que en depenen, s'ha realitzat un treball de simulació i optimització global. En primer lloc, s'ha dissenyat un programa basat en tècniques Monte-Carlo per tal de simular el procés de detecció i poder així avaluar la resolució espacial en funció dels diferents paràmetres del detector. En segon lloc, s'han realitzat una sèrie de simulacions que involucren la simulació del moviment en tres dimensions de les càrregues i la seva multiplicació dins l'estructura de detecció. Aquests estudis inclouen la estimació de la transparència de la malla, l'estudi de les línies i els temps de deriva dels ions, i la simulació del procés d'allau. Part d'aquestes simulacions han estat verificades experimentalment. Finalment, les capacitancies entre els elèctrodes i l'ànode i entre elèctrodes s'ha simulat per tal d'avaluar el soroll electrònic i els efectes de "crosstalk".S'ha construït i provat un prototip. Els tests realitzats mostren una bona concordança amb les simulacions del guany. Així doncs, queda demostrat que el MRMC pot arribar a ritmes de contatge local >1.25·105Hz/mm2. No obstant, s'observen guspires en el detector degut a la presència de material dielèctric a la superfície dels càtodes. Degut a la superfície resistiva i la robustesa de l'estructura, el detector ha resistit les descàrregues sense rebre ningun dany. En conseqüència, per tal de que el MRMC esdevingui un detector útil, s'han de millorar tant el procediment de construcció, com les tècniques de neteja.En conclusió, es necessita més treball experimental per tal d'obtenir un detector lliure de descàrregues completament funcional pel qual les simulacions prediuen un alt ritme de comptes local (>1.25·105Hz/mm2) i una bona resolució espacial (>250?m). / At synchrotron radiation facilities, detectors with high spatial resolution and high local count rate are needed in order to perform x-ray diffraction/scattering on time resolved experiments on the sub-millisecond time scale. Micro Pattern Gas Detectors (MPGD) could provide good spatial resolutions and high count rate thanks to their small cells of amplification region. Despite their promising performance, two major problems have arisen: rare but damaging discharges and, slow but continuous deterioration (aging) during sustained irradiationHere we present a new MPGD structure: the Micro Reading Mesh Chamber (MRMC). It is a one stage amplification MPGD. It is divided in two regions: the drift/conversion region and the multiplication region. They are separated by a mesh formed by thick (25?m) pick-up strips. The anode plane has a resistive layer on it.The design of the MRMC reduces the problems that the present MPGD show. Among other advantages, placing the pick-up strips at the mesh, instead of at another readout plane, increases the signal sensitivity of the cathodes. It allows a decrease of the gain through a reduction of the multiplication field. Therefore, it reduces the charging up and the probability of voltage and rate-induced dielectric breakdown.Different simulations have been carried out to evaluate and optimize the performance of the detector. Due to the large number of detector parameters that can be chosen, and the features that depend on them, a global simulation was done. Firstly, a Monte-Carlo based program that reproduces the detection in the chamber has been developed in order to simulate the spatial resolution as a function of different parameters of the detector. Secondly, a set of studies that involve the simulation of the three dimensional movement of the charges in the chamber and its multiplication have been carried out. These models include the estimation of the mesh transparency, the study of the ion drift paths and times, and the simulation of the avalanche process. Part of these simulations has been cross-checked experimentally. Finally, the capacitances between the strips and the anode, and between strips has been simulated in order to evaluate the electronic noise and the crosstalk effects.After the simulation work, a prototype was built and tested. The tests show good agreement between the simulated and the experimental gain. This agreement on the space charge calculations demonstrates that the MRMC can deliver local count rates >1.25·105Hz/mm2. Moreover, due to the resistive layer and the strength of the structure, the detector survived without noticeable damage. However, the detector suffers from discharges because of dielectric deposits on the cathode surface. Therefore, to turn this device into a detector for routine use, it will be necessary to both improve the construction process of the mesh structure and to develop an exhaustive cleaning procedure.In conclusion, more experimental work is necessary to obtain a spark protected functional detector for which the simulations predict a high local count rate (>1.25·105Hz/mm2) and a good spatial resolution).

La Cromodinàmica Quàntica (QCD) és la teoria de camps que descriu les interaccions fortes entre quarks i gluons. La signatura més destacada de QCD en col·lisionadors hadrúnics és la producció de jets col·limats d'hadrons. La mesura de la producció d'aquests jets associats amb un bosó vectorial, W o Z/gamma*, proporciona un test estricte dels càlculs pertorbatius de QCD (pQCD). A més a més, alguns processos de nova física en col·lisionadors hadrúnics, com ara la producciÓ del bosó de Higgs i partícules supersimètriques, poden ser molt semblants a la producció de bosons vectorial associats amb jets que constitueixen un fons irreductible en aquestes cerques. Per tant l'estudi i comprensió de processos Z/gamma*+jets és una part crucial del programa de física del col·lisionador Tevatron. Durant el Run I del Tevatron, protons i antiprotons col·lidien amb una energia en el centre de masses sqrt(s) de 1.8 TeV. La producciÓ de Z/gamma*+jets es va estudiar durant el Run I amb el detector CDF utilitzant 106 pb-1 de dades. Les mesures es van comparar amb les prediccions de l'ordre més baix en teoria de pertorbacions (LO) més parton shower d'alguns generadors de Monte Carlo. Les comparacions estaven dominades per les grans incerteses en les prediccions de LO. En el Run II, el Tevatron i el detector CDF es van millorar i, entre d'altres importants millores, sqrt(s) es va augmentar a 1.96 TeV. El bon funcionament de l'accelerador i del detector van proporcionar una quantitat més gran de dades que va fer possible mesures diferencials de gran precisió.Aquesta tesi doctoral presenta la mesura de seccions eficaces inclusives de jets en esdeveniments amb Z/gamma*->ee utilitzant 1.7 fb-1 de dades obtingudes amb el detector CDF durant el Run II del Tevatron. L'algoritme de con Midpoint s'ha utilitzat per a buscar jets en els esdeveniments després d'haver identificat la presència d'un bosó Z/gamma* a través de la reconstrucció dels productes de la seva desintegració. Les mesures s'han comparat amb les prediccions del següent nivell (NLO) en pQCD per esdeveniments amb un o dos jets en l'estat final. Les prediccions pertorbatives s'han corregit per les contribucions de processos no-pertorbatius, com l'underlying event i la fragmentació dels partons en jets d'hadrons. Aquests processos no són descrits per la teoria de pertorbacions i s'han d'estimar amb models fenomenològics. En aquesta tesi, s'han realitzat un conjunt de mesures per a testejar diferents models d'underlying event i hadronització implementats en programes de Monte Carlo de LO més parton shower. / Quantum Chromodynamics (QCD) is the field theory that describes the strong interactions between quarks and gluons. The most prominent signature of QCD at hadron colliders is the production of collimated jets of hadrons. The measurement of the production of such jets in association with a vector boson, W or Z/gamma*, provides an stringent test of perturbative QCD (pQCD) calculations. Furthermore, some of new physics processes at hadron colliders, such as the production of Higgs bosons and supersymmetric particles, can be mimicked by the production of vector bosons in association with jets that constitute irreducible backgrounds to these searches. Therefore, the study and understanding of Z/gamma*+jets processes is a crucial part of the physics program of the Tevatron collider. At the Run I of the Tevatron, protons and antiprotons collided with an energy in the center-of-mass ps of 1.8 TeV. Z/gamma*+ jets production was studied during Run I with the CDF detector using 106 pb-1 of data. The measurements were compared to the predictions from leading order (LO) plus parton shower Monte Carlo generator programs. The comparisons were mainly dominated by the large scale uncertainties in the LO predictions. In Run II, the Tevatron and the CDF detector were upgraded and, among other important improvements, sqrt(s) was increased to 1.96 TeV. The good performance of the accelerator and the detector made available a larger amount of data, making possible precise differential measurements.This Ph.D. thesis presents the measurement of inclusive jet cross sections in Z/gamma*(->ee) events using 1.7 fb-1 of data collected by the upgraded CDF detector during the Run II of the Tevatron. The Midpoint cone algorithm is used to search for jets in the events after identifying the presence of a Z/gamma* boson through the reconstruction of its decay products. The measurements are compared to next-to-LO (NLO) pQCD predictions for events with one and two jets in the final state. The perturbative predictions are corrected for the contributions of non-perturbative processes, like the underlying event and the fragmentation of the partons into jets of hadrons. These processes are not described by perturbation theory and must be estimated from phenomenological models. In this thesis, a number of measurements are performed to test different models of underlying event and hadronization implemented in LO plus parton shower Monte Carlo generator programs.