Techn. University, Diss., 2002--Dresden.

Techn. Universiẗat, Diss., 2003--Darmstadt.

Universiẗat, Diss., 2003--Bonn.

Universiẗat, Diss., 1998--Frankfurt (Main).

Techn. Universiẗat, Diss., 2005--Dresden.

Techn. Universiẗat, Diss., 2005--Berlin.

Die Suche nach dem Higgs Boson ist ein zentraler Forschungsschwerpunkt der modernen Teilchenphysik. Zum einen ist das Higgs Boson das einzige bislang unentdeckte Teilchen des Standard Modells. Zum anderen gibt seine mögliche Entdeckung eine bessere Einsicht in die Natur neuer Physik. Mit der Inbetriebnahme des Large Hadron Colliders, LHC, am europäischen Kernforschungszentrum CERN bei Genf konnten Proton-Proton Kollisionen mit bislang unerreichten Schwerpunktsenergien von √s = 7 TeV beziehungsweise √s = 8 TeV erzielt werden. In der vorliegenden Arbeit wird die Messung des Wechselwirkungsquerschnitts pp→Z/γ→τ⁺τ⁻ im gemischten leptonischen Endzustand mit Daten des ATLAS Detektors durchgeführt. Der Zerfall der kohärenten Summe aus Photon, γ, und Z Boson in zwei τ -Leptonen ist ein irreduzibler Untergrund von Higgs Boson Zerfällen in zwei τ -Leptonen. Eine genaue Kenntniss des Massenspektrums sowie dessen Normierung ist deswegen für die Higgs Boson Suche essentiell. Die verwendeten Daten entsprechen einer integrierten Luminosität von L = 35,51 pb⁻¹ bei einer Schwerpunktsenergie von √s = 7 TeV. Die Messung erzielt einen Wechselwirkungsquerschnitt von σ×BR(Z→ττ ) = (1041 ± 143 ± 74 ± 35) pb. Die angegebenen Unsicherheiten entsprechen den statistischen, den systematischen und den Unsicherheiten aus Luminositätsmessungen. Das Ergebnis stimmt mit dem theoretisch bestimmten Wert sowie dem Ergebnis anderer Experimente innerhalb seiner Unsicherheiten überein. Im zweiten Teil der Arbeit werden verschiedene Massenrekonstruktionsmethoden von Zerfällen in zwei τ-Leptonen untersucht. Die Analyse konzentriert sich dabei auf Higgs Bosonen, der minimalen supersymmetrischen Erweiterung des Standard Modells; insbesondere auf deren Zerfall in zwei τ-Leptonen und weiter in den gemischten leptonischen Endzustand, Φ→τ⁺τ⁻→eμ+4υ. Die untersuchten Massenrekonstruktionsmethoden sind die sichtbare Masse, die effektive Masse, sowie die früh- und spät-projizierte transversale Masse. Weiterhin werden Abhängigkeiten der Massenverteilungen vom transversalen Impuls der Leptonen des Endzustandes, sowie der fehlenden transversalen Energie festgestellt. Eine Abhängigkeit vom transversalen Impuls des energiereichsten Jets hingegen konnte nicht nachgewiesen werden. Eine mögliche Eliminierung der Variablenabhängigkeiten wird untersucht, zeigt jedoch dass sie zu einer schlechteren Trennung zwischen Signal und Untergrundprozessen sowie einer schlechteren Auflösung unterschiedlicher Higgs Boson Massen führt. Mit der Kalibrierung der berechneten Massen der verschiedenen Rekonstruktionstechniken wird die Arbeit abgeschlossen.

Die Suche nach dem Higgs Boson ist ein zentraler Forschungsschwerpunkt der modernen Teilchenphysik. Zum einen ist das Higgs Boson das einzige bislang unentdeckte Teilchen des Standard Modells. Zum anderen gibt seine mögliche Entdeckung eine bessere Einsicht in die Natur neuer Physik. Mit der Inbetriebnahme des Large Hadron Colliders, LHC, am europäischen Kernforschungszentrum CERN bei Genf konnten Proton-Proton Kollisionen mit bislang unerreichten Schwerpunktsenergien von √s = 7 TeV beziehungsweise √s = 8 TeV erzielt werden. In der vorliegenden Arbeit wird die Messung des Wechselwirkungsquerschnitts pp→Z/γ→τ⁺τ⁻ im gemischten leptonischen Endzustand mit Daten des ATLAS Detektors durchgeführt. Der Zerfall der kohärenten Summe aus Photon, γ, und Z Boson in zwei τ -Leptonen ist ein irreduzibler Untergrund von Higgs Boson Zerfällen in zwei τ -Leptonen. Eine genaue Kenntniss des Massenspektrums sowie dessen Normierung ist deswegen für die Higgs Boson Suche essentiell. Die verwendeten Daten entsprechen einer integrierten Luminosität von L = 35,51 pb⁻¹ bei einer Schwerpunktsenergie von √s = 7 TeV. Die Messung erzielt einen Wechselwirkungsquerschnitt von σ×BR(Z→ττ ) = (1041 ± 143 ± 74 ± 35) pb. Die angegebenen Unsicherheiten entsprechen den statistischen, den systematischen und den Unsicherheiten aus Luminositätsmessungen. Das Ergebnis stimmt mit dem theoretisch bestimmten Wert sowie dem Ergebnis anderer Experimente innerhalb seiner Unsicherheiten überein. Im zweiten Teil der Arbeit werden verschiedene Massenrekonstruktionsmethoden von Zerfällen in zwei τ-Leptonen untersucht. Die Analyse konzentriert sich dabei auf Higgs Bosonen, der minimalen supersymmetrischen Erweiterung des Standard Modells; insbesondere auf deren Zerfall in zwei τ-Leptonen und weiter in den gemischten leptonischen Endzustand, Φ→τ⁺τ⁻→eμ+4υ. Die untersuchten Massenrekonstruktionsmethoden sind die sichtbare Masse, die effektive Masse, sowie die früh- und spät-projizierte transversale Masse. Weiterhin werden Abhängigkeiten der Massenverteilungen vom transversalen Impuls der Leptonen des Endzustandes, sowie der fehlenden transversalen Energie festgestellt. Eine Abhängigkeit vom transversalen Impuls des energiereichsten Jets hingegen konnte nicht nachgewiesen werden. Eine mögliche Eliminierung der Variablenabhängigkeiten wird untersucht, zeigt jedoch dass sie zu einer schlechteren Trennung zwischen Signal und Untergrundprozessen sowie einer schlechteren Auflösung unterschiedlicher Higgs Boson Massen führt. Mit der Kalibrierung der berechneten Massen der verschiedenen Rekonstruktionstechniken wird die Arbeit abgeschlossen.

Introduction All experimental studies involving charged particle induced nuclear reactions require a precise knowledge of monitor reactions. A number of well described proton induced monitor reactions exist in the lower energy range [1], which is covered by most medical cyclotrons. Concerning proton energies above 20 MeV, however, the accuracy of the monitor reactions declines as cross section data becomes scarcer. Furthermore, the growing interest in precise determination of projectile energies by comparing of ratios of monitor reaction cross sections demands new measurements and evaluations of known data for high threshold monitor radionuclides. In this work cross section measurements on the formation of 61Cu were done and energy de-pendent radionuclide ratios were calculated. Material and Methods For investigation of the natCu(p,x)61Cu reaction copper foils of natural isotopic composition (Goodfellow Ltd.) were irradiated. The targets were of 10 and 20 μm thickness, having a diameter of 15 mm. Proton bombardments up to 45 MeV incident energy were done in the stacked-foil arrangement at the accelerator JULIC of the Nuclear Physics Institute (IKP) of the Forschungszentrum Jülich. In addition to an internal irradiation possibility the cyclotron is equipped with an external target station which was used for most experiments. It can adapt standard and slanting solid target holders and is equipped with a water cooled four sector collimator and additional helium cooling of the entry foil. Several irradiations were executed. In each stack, besides copper samples, aluminium absorbers and additional nickel monitor foils were also placed, the latter for the determination of the respective beam current. The produced radioactivity of 61Cu was analysed non-destructively using HPGe γ-ray detectors (EG&G Ortec). Results and Conclusion Reaction cross sections of the natCu(p,x)61Cu process up to 45 MeV were measured and com-pared with existing data from the literature (FIG. 2). Except for the data of Williams et al. our results are in good agreement, showing a maxi-mum of about 165 mbarn at 37.5 MeV proton energy. The overall uncertainty of the new cross section data is between 8 and 10 %. In FIG. 3, the excitation functions of the relevant monitor reactions on Cu are shown. In combination with the excitation function of the natCu(p,xn)62Zn reaction, isotope ratios were calculated which can be used for determination of the proton energy within a target stack in the energy range of 22–40 MeV as described by Piel et al. [3]. FIGURE 4 shows the cross section ratio in dependence of the proton energy. Above this energy, 65Zn could be used to generate isotope ratios for energy determination, although the long half-life (T½ = 244.3 d) of that radionuclide may be a problem. Additional cross section measurements are planned in order to further strengthen the data base of this potential monitor reaction. The results of this work shall be evaluated in the framework of an ongoing Coordinated Research Project of the IAEA.

Freiburg i. Br., Univ., Diss., 2008.