Authors:	Rieke, Stefan
Title:	Bestimmung der fehlenden transversalen Energie auf der ersten Triggerstufe beim ATLAS-Experiment und Optimierung der Triggerselektion von supersymmetrischen Ereignissen
Online publication date:	26-Feb-2010
Year of first publication:	2010
Language:	german
Abstract:	Das Standardmodell der Teilchenphysik, das drei der vier fundamentalen Wechselwirkungen beschreibt, stimmt bisher sehr gut mit den Messergebnissen der Experimente am CERN, dem Fermilab und anderen Forschungseinrichtungen überein. rnAllerdings können im Rahmen dieses Modells nicht alle Fragen der Teilchenphysik beantwortet werden. So lässt sich z.B. die vierte fundamentale Kraft, die Gravitation, nicht in das Standardmodell einbauen.rnDarüber hinaus hat das Standardmodell auch keinen Kandidaten für dunkle Materie, die nach kosmologischen Messungen etwa 25 % unseres Universum ausmacht.rnAls eine der vielversprechendsten Lösungen für diese offenen Fragen wird die Supersymmetrie angesehen, die eine Symmetrie zwischen Fermionen und Bosonen einführt. rnAus diesem Modell ergeben sich sogenannte supersymmetrische Teilchen, denen jeweils ein Standardmodell-Teilchen als Partner zugeordnet sind.rnEin mögliches Modell dieser Symmetrie ist das R- Paritätserhaltende mSUGRA-Modell, falls Supersymmetrie in der Natur realisiert ist.rnIn diesem Modell ist das leichteste supersymmetrische Teilchen (LSP) neutral und schwach wechselwirkend, sodass es nicht direkt im Detektor nachgewiesen werden kann, sondern indirekt über die vom LSP fortgetragene Energie, die fehlende transversale Energie (etmiss), nachgewiesen werden muss.rnrnDas ATLAS-Experiment wird 2010 mit Hilfe des pp-Beschleunigers LHC mit einer Schwerpunktenergie von sqrt(s)=7-10 TeV mit einer Luminosität von 10^32 #/(cm^2*s) mit der Suche nach neuer Physik starten.rnDurch die sehr hohe Datenrate, resultierend aus den etwa 10^8 Auslesekanälen des ATLAS-Detektors bei einer Bunchcrossingrate von 40 MHz, wird ein Triggersystem benötigt, um die zu speichernde Datenmenge zu reduzieren.rnDabei muss ein Kompromiss zwischen der verfügbaren Triggerrate und einer sehr hohen Triggereffizienz für die interessanten Ereignisse geschlossen werden, da etwa nur jedes 10^8-te Ereignisse für die Suche nach neuer Physik interessant ist.rnZur Erfüllung der Anforderungen an das Triggersystem wird im Experiment ein dreistufiges System verwendet, bei dem auf der ersten Triggerstufe mit Abstand die höchste Datenreduktion stattfindet.rnrnIm Rahmen dieser Arbeit rn%, die vollständig auf Monte-Carlo-Simulationen basiert, rnist zum einen ein wesentlicher Beitrag zum grundlegenden Verständnis der Eigenschaft der fehlenden transversalen Energie auf der ersten Triggerstufe geleistet worden.rnZum anderen werden Methoden vorgestellt, mit denen es möglich ist, die etmiss-Triggereffizienz für Standardmodellprozesse und mögliche mSUGRA-Szenarien aus Daten zu bestimmen. rnBei der Optimierung der etmiss-Triggerschwellen für die erste Triggerstufe ist die Triggerrate bei einer Luminosität von 10^33 #/(cm^2*s) auf 100 Hz festgelegt worden.rnFür die Triggeroptimierung wurden verschiedene Simulationen benötigt, bei denen eigene Entwicklungsarbeit eingeflossen ist.rnMit Hilfe dieser Simulationen und den entwickelten Optimierungsalgorithmen wird gezeigt, dass trotz der niedrigen Triggerrate das Entdeckungspotential (für eine Signalsignifikanz von mindestens 5 sigma) durch Kombinationen der etmiss-Schwelle mit Lepton bzw. Jet-Triggerschwellen gegenüber dem bestehenden ATLAS-Triggermenü auf der ersten Triggerstufe um bis zu 66 % erhöht wird. The standard model (SM) of particle physics is a theory, describing three out of four fundamental forces. rnThe prediction of the standard model are in good agreement with the results of measurement of the experiments at the CERN, the Fermi lab and other research establishments. rnStill, not all open questions of the particle physics could be answered with this model. rnFor example, it is not possible to implement the fourth fundamental force, the gravity, into the SM. rnAnother example are candidates for the dark matter, which couldn’t described by the standard model, but cosmological experiments show that the contribution of the dark matter is about 25% of the universe. rnThe supersymmetry, which introduce a symmetry between fermions and bosons, is regarded as one of the most promising solution for these open questions. rnIn this theory, each new particle so-called supersymmetric particles is related to one particle in the standard model. If supersymmetry is realized in nature, one possible model of this symmetry is the mSUGRA model with R-parity conservation. rnIn this model the lightest supersymmetric particle (LSP) is neutral and stable, so that it cannot be measured directly in the detector but indirectly over the missing transversal energy (etmiss).rnrnThe search for new physics with the ATLAS experiments will start at the beginning of 2010 at the pp-accelerator LHC (providing pp-collision at sqrt(s) = 7 - 10 TeV at the startup phase) at a luminosity of 10^32 #/(cm* s). rnBecause of the high data rate due to the 10^8 readout channels of the ATLAS detector and a bunchcrossing rate of 40 MHz a trigger system is needed to reduce the date rate for storing. rnThe choice of parameter for the trigger system is a compromise between the available bandwidth for the trigger rate and the selection efficiency for the physics events, because events with new physics are only in one of 10^8 events expected. rnTo fulfill the given requirements, a trigger system with three levels of date reduction is needed. rnThe highest data reduction will take place one the first trigger level (Level-1 trigger).rnrnWithin the scope of this work, an important contribution to the understanding of the property of the etmiss calculation is achieved for the Level-1 trigger. rnFurthermore new methods are presented to evaluate the etmiss-efficiency for standard model process and possible mSUGRA scenarios from recorded data.rnrnA maximum trigger rate of 100 Hz at a luminosity of L=10^33 #/(cm*s) was specified for the optimization of the etmiss-trigger. rnFor the trigger optimization, several simulation programs are used and for some of this programs dedicated software developing are needed. rnIt will be shown, that the discovery potential (for a signal significance of at least 5 sigma) is increased by combination of a etmiss-threshold with lepton and/or jet trigger threshold opposite the existing ATLAS-trigger menu on the Level-1 trigger up to 66 %.
DDC:	530 Physik 530 Physics
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 08 Physik, Mathematik u. Informatik
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-2228
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-22056
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
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