Title: Calibrating the CERN ATLAS experiment with E/p
Language: English
Authors: Fröschl, Robert 
Qualification level: Doctoral
Advisor: Fabjan, Christian
Assisting Advisor: Fidler, Josef
Issue Date: 2009
Number of Pages: 157
Qualification level: Doctoral
Abstract: 
Innerhalb des ATLAS Experiments werden zwei Protonstrahlen mit einer Schwerpunktenergie von 14 TeV zur Kollision gebracht und die dabei entstehenden Teilchen detektiert. Diese Protonstrahlen werden durch den Large Hadron Collider (LHC) des European Center of Particle Physics, CERN, in Genf erzeugt.
Für essentielle Punkte des Physikprogramms von ATLAS, wie z.B. die Suche nach dem Higgs--Boson, ist die Qualität der Energiemessung von Elektronen und Photonen durch das elektromagnetische Kalorimeter von entscheidender Bedeutung.
Das zentrale Thema der %vorliegenden Dissertation ist die relative Kalibrierung der Energieskala des elektromagnetischen Kalorimeters und der Impulsskala des inneren Spurendetektors. Diese Kalibrierung basiert auf der Verteilung des Verhältnisses E/p für Elektronen, wobei E die Energie gemessen durch das elektromagnetische Kalorimeter und p der Impuls gemessen durch den inneren Spurendetektor bezeichnen. Ausgangspunkt ist der Combined Test Beam 2004, ein Teststrahlversuch im Jahre 2004, bei dem ein vollständiges Segment des ATLAS Detektors mit verschiedenen Teilchen mit Energien von 1 GeV bis 350 GeV beschossen wurde. Zuerst habe ich die Kalibrierung der Energiemessung des elektromagnetischen Kalorimeters für Elektronen mittels Monte Carlo Simulationen untersucht. Die mit dieser Methode erzielte Qualität der Kalibrierung wird anhand von Daten des Combined Test Beam 2004 demonstriert. Im Anschluss daran habe ich ein Model für die E/p Verteilung entwickelt, welches es ermöglicht, die relativen Skalen des elektromagnetischen Kalorimeters und des inneren Spurendetektors zu extrahieren.
Die Leistungsfähigkeit dieses Modells wird zuerst für den Combined Test Beam 2004 demonstriert und dann auf Monte Carlo Simulationen für den vollst\"andigen ATLAS Detektor angewandt.
Die Energieskala des elektromagnetischen Kalorimeters wird letzten Endes mit Elektron/Positron--Paaren von Z Bosonzerfällen bestimmt werden.
Allerdings ist dafür eine sehr große Anzahl von Ereignissen notwendig.
Daher wird die Leistungsfähigkeit der von mir entwickelten Kalibrierung mit begrenzter Statistik präsentiert. Weiters kann mit dieser Methode die Energieskala für verschiedene Energiebereiche bestimmt werden. Dies erlaubt eine in--situ Messung der Linearität des elektromagnetischen Kalorimeters. Diese Vorgehensweise ist nur durch die verfügbare Anzahl von Elektronen mit hoher Energie und schlussendlich durch die Fähigkeit des inneren Spurendetektors, den Impuls sehr hochenergetischer Teilchen zu messen, begrenzt.

Inside the ATLAS experiment two proton beams will collide with a center of mass energy of 14 TeV. These proton beams will be delivered with unprecedented high collision rates by the Large Hadron Collider (LHC) at the European Center of Particle Physics, CERN.
For important parts of the physics program of ATLAS, e.g. the search for the Higgs boson, the performance of the electromagnetic calorimeter, whose primary task is to measure the energy of electrons and photons, is crucial.
The main topic of this thesis is the intercalibration of the energy scale of the electromagnetic calorimeter and the momentum scale of the inner detector. This is an important consistency test for these two detectors. The intercalibration is performed by investigating the ratio E/p for electrons, i.e. the ratio of the energy E measured by the electromagnetic calorimeter and the momentum p measured by the inner detector. The starting point is the Combined Test Beam (CTB) 2004, where a segment of the ATLAS detector was exposed to different particle beams with different energies, ranging from 1 GeV to 350 GeV. First, I have investigated a calibration procedure using Monte Carlo simulation for the energy measured by the electromagnetic calorimeter for electrons.
The performance of this procedure is presented for data taken in the CTB 2004. Second, I have developed a model for E/p which allows the disentanglement of the ratio of the two scales from tail effects from the different detector response functions of the inner detector and the electromagnetic calorimeter. The performance of this model for intercalibration is shown for the Monte Carlo simulation for the CTB 2004 and compared to data taken in the CTB 2004. Finally I have evaluated the performance of this method for the full ATLAS detector using Monte Carlo simulation.
Although the energy scale of the electromagnetic calorimeter will ultimately be determined with electron/positron pairs from Z boson decays, the potential of the intercalibration method with initial data, and therefore limited statistics, is presented. With the presented intercalibration method the energy scale can also be determined for various electron energies, thereby measuring the linearity of the electromagnetic calorimeter in situ. This will only be limited by statistics, i.e. the number of electrons produced at high energies, and ultimately the capability of the inner detector to measure the momentum of charged particles at very high energies.
Keywords: Kalibrierung; Hochenergiephysik
Calibration; high energy physics
URI: https://resolver.obvsg.at/urn:nbn:at:at-ubtuw:1-31339
http://hdl.handle.net/20.500.12708/12995
Library ID: AC07452393
Organisation: E141 - Atominstitut der Österreichischen Universitäten 
Publication Type: Thesis
Hochschulschrift
Appears in Collections:Thesis

Files in this item:

Show full item record

Page view(s)

14
checked on May 4, 2021

Download(s)

48
checked on May 4, 2021

Google ScholarTM

Check


Items in reposiTUm are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.