Hochenergiephysik bei HERA H1 und ZEUS Thomas Schörner-Sadenius Uni HH, 18. September 2003 Fortgeschrittenenpraktikum

Hochenergiephysik bei HERA

H1 und ZEUS

Thomas Schörner-Sadenius

Uni HH, 18. September 2003Fortgeschrittenenpraktikum

18. September 2003 TSS: H1 und ZEUS 2

Übersicht

• Beschleuniger• Grundlagen der Physik bei HERA• Warum ist HERA-Physik spannend?

HERA +Physik

Studenten@ HERA

H1 undZEUS

• Übersicht über die Experimente• Internationalen Kollaborationen• Der Upgrade: HERA II

• Warum Diplomarbeit in HEP? Bei HERA?

• Was kann man als Diplomand tun?– Physik, Hardware, Software


Das DESY-Umfeld

Derzeit 920-GeV-Protonenauf 27.5-GeV-Positronen.


Elektron-Proton-Streuung

Ee = 27.5 GeV

Ep = 920 GeV[before 1998: 820 GeV] Tiefunelastische Streuung (DIS):

Q2 > 0 GeV2.

Photoproduktion: Q2 = 0 GeV2

p=xP

P

Q2=-q2=-(k-k’)2

Proton

k’(e±,)k Lepton (e±)

y=Q2/sx: Inelastizität[s=Schwerpunktsenergie]

x=Q2/2Pq: Anteil des Quarksam Protonimpuls (Bjorken-x)

Q2: Viererimpuls-Transfer[Auflösung ~1/Q]

,Z,W


Ein typisches Ereignis in H1

H1-NC-DIS-Ereignis[Q2=4EeEe’cos2(/2)]

Gestreutes e±

Gestreutes Quark

ProtonLepton

Spurkammern

Kalorimeter EM und schwache WW Struktur des Protons QCD Neue Physik


Dynamik im Proton unter der Lupe

),(2

~ 2242

2

QxFxQdxdQ

d

F2 beschreibt dynamischeStruktur des Protons

Q2: (Impulsübertrag)2 von e auf p [~1/Q]

[ QPM: F2(x) = eq2 xq(x) ]

Elektron

Proton

(Q2)

x

Hohe Energie: ep-Streuung ~ eq-Streuung!

HERA: Ideales Laborzur Untersuchung der Partondynamik im Proton.


DieStrukturdesProtons

kleine x:

mittlere x:Scaling!!!

grosse x:Spannend: - Beschreibt Theorie die Daten?- Welche Präzision brauchen wir, um am LHC Physik zu machen?

[x: Impulsanteil desGestreuten Quarks am Protonimpuls]


Die Protonstruktur – PDFs*

*PDF = parton distribution function

Beachte den Unterschiedzwischen Valenz- undSeequarks und Gluonen!

Die Angabe von (sinnvollen)Fehlern ist noch sehr neu!


Elektroschwache Theorie

Generell (e-) > (e+)

[positiver (negativer) Beitragdes Z0 in e-p (e+p)]

Q2 gross (NC) = (CC)

[Elektroschwache Ver-einheitlichung]

Alle Wirkungsquerschnitte vonder Theorie beschrieben!

][2 ~

2~

3

~

24

2

2

2

LFyFxYFYxQdxdQ

d


Die starke Weckselwirkung: QCD

BGF: Boson-Gluon-Fusion

QCD-C: QCD-Compton-Events

… die nächste Ordnung …

s!

Transversale Energie der Jets


Besonders nett: s

s ist der fundamentaleParameter der QCD (wieEM im Falle der QED).


Physik schwerer Quarks I

“Open charm production”

D*

s+

+

K-

D0

“Golden D* decay”

Rest

x


Physik schwerer Quarks II

Erstes Mal Daten durchTheorie beschrieben?

Beauty-Wirkungs-querschnitte nichtverstanden?

Methoden: pT,rel, Impakt-Parameter, (stat. Trennung)


Die Suche nach neuer Physik

Zweifach geladeneHiggs-Bosonen: e+ e-H++

[Ladungsvorzeichen des Leptons wechselt; 3 Leptonen im Endzustand]

RP-verletzende SUSY: z.B. ed gravitino

Leptoquarks: eq eq[Resonanzen in inv. Masse; ~high-Q2-DIS mit e+Jet]

Finden wir Physik jenseitsdes Standard-Modells?Neue Wechselwirkungen?


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H1 und ZEUS

• Internationale Kollaborationen mit Beteiligung von ca. 300-400 Physikern aus 14 Ländern und 59 Instituten (ZEUS).

• Teilchendetektoren in den Hallen Nord (H1) und Süd (ZEUS) des HERA-Rings.– Vielzweckapparate (Messung von Energien und

Impulsen einer Vielzahl von Teilchen über fast 4.– Asymmetrischer Aufbau, da Schwerpunkt gegenüber

dem Labor bewegt ist.– Datennahme seit 1992; Betrieb bis 2006/7 geplant.

[Anmerkung: Es gibt zur Zeit nicht viele laufende HEP-Experimente!]


Vom Experimentzur Messung

Beschleuniger

Kollision im Detektor

Ausleseelektronik

Datenanalyse

Interpretation

Neue Fragen


Der Upgrade HERA I HERA II

HERA I:e+p-Streuung: 100 pb-1

e-p-Streuung: 15 pb-1

HERA II:Ziel: 1000 pb-1 bis 2006[Verbesserte Suche nach neuer Physik; höhere Präzision bei vielenMessungen (hohe Q2).]

Soll erreicht werden durchbessere Strahlfokussierung(Faktor 5 höhere Ereignisrate). Ausserdem: Polarisation derStrahlen schwache WW).


Der Upgradeam Beispiel von H1

GQ and GG sind Magneten,die der besseren Fokussierungdienen sollen. Ihr Einbau- braucht Platz- bringt starke Magnetfelder in die Detektoren

Viele zentrale Detektor-Komponenten sind direktbetroffen oder werdenaus anderen Gründen um/aufgebaut.


ZEUS-MVD IZeus hat einen neuen Silikon-Mikrovertex-Detektoreingebaut, der der genauen Spurmessung am WW-Punktdienen soll. Stossrichtung: Physik schwerer Quarks!

Der MVD wird gerade in Betrieb genommen.


ZEUS-MVD II


Übersicht


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Diplomarbeit: Warum Teilchenphysik?

Physik, Detektoren, Computing Fundamentale Fragen, moderne Technologien Präzise Messungen

Internationale Kollaborationen Teamarbeit in kleiner Gruppe enge Betreuung, relevante Ergebnisse

Meetings, Vorträge, Schulen, Konferenzen

In Forschung, Wirtschaft, Industrie

VielseitigeUmgebung

GuteZukunfts-

Perspektive

Kommuni-kation


Diplomarbeit: Warum HERA?

Alle Aspekte experimenteller Teilchenphysik

Interessante Ergebnisse, Potential lange nicht ausgeschöpft! HERAII-Daten mit Spannung erwartet!!! Relevant für zukünftige Experimente (LHC!).

Hardware und Software nicht nur entwickeln, sondern unter teilweise harten Bedingungen benutzen

Technik oft an der Entwicklungsfront: Halbleiter-Detektoren, Elektronik, OO-Software.

LaufendeExperimente

Technik

BisherigeDaten


Als Diplomand …

…kann man

…muss man

…soll man

… eigentlich alles machen:- Physikanalyse von HERA-Daten [bahnbrechende Ergebnisse kann man aber nicht versprechen ;-) ]- Hardware-Entwicklung [einiges im Zusammen- hang mit dem Upgrade ist noch zu tun]- Software-Entwicklung [z.B. H1-00-Projekt]- spezifische Interessen können i.A. leicht berücksichtigt werde

- sich umschauen- sich qualifizieren- und Spass haben.

- sich eine Gruppe / einen Betreuer aussuchen- in 12 Monaten fertig sein.


Themen (locker assoziiert)

• Inbetriebnahme des ZEUS-MVD (ZEUS)• Inbetriebnahme des Forward Trackers (ZEUS)• Inbetriebnahme des Fast Track Triggers (H1)• Inbetreibnahme der neuen Lumi-Systeme

• Entwicklung objektorientierter Software (H1)

• Analyse von Ereignissen mit schweren Quarks• Suche nach neuer Physik (Supersymmetrie)• Messung der PDFs bei hohen x in Jet-Ereignissen


Diplomarbeit ist anders …… als das Studium!

• Stark arbeitsteilige Organisation der Arbeit in kleinen Teams

• Experimenteller Ansatz [eine gewisse Frustrationstoleranz ist nötig ;-) ]

• Anwendung von Software/Computing– Zur Analyse grosser Datenmengen– Zur Simulation / Lösung komplexer Probleme

• Programmierkenntnisse vorteilhaft aber nicht zwingend [Fortran, C, C++]

• Interesse an Teilchenphysik [Theorie, Modelle, Nachweis]!


“Physics hands-on”

.. Falls Ihr in den Ferien oder auch sonst noch etwas Luft habt:

Mitarbeit für einige Wochen in der ZEUS/CMS-Gruppe von Prof. Peter Schleper

Beispiele für Themen:• Suche nach rechtshändigen W-Bosonen• Harte Photonen als Proton-Probe• Untersuchung der HERA-Kinematik bei hohen x• Erste Alignment-Studien für CMS

Termine: flexibelVorkenntnisse: Vordiplom

Peter SchleperGeb. 67b, Raum 24Tel.: 040/[email protected]


Kontakte

.. Und jeder Diplomand oder Doktorand bei H1 und ZEUS!

ZEUS [http://www-zeus.desy.de]

H1 [http://www-h1.desy.de]

- Prof. R. Klanner, Tel. 8998-3023, 1c/379, [email protected] Prof. P. Schleper, Tel. 8998-2957, 67b/24, [email protected] Dr. T. Schörner-Sadenius, Tel. 8998-2954, 67b/5,

[email protected]

- Prof. B. Naroska, Tel. 8998-3804, 1c/282, [email protected] Dr. Andreas Meyer, Tel. 8998-3136, 1c/267,

[email protected]

mailto:[email protected]

























Zusammenfassung

betreibt relevante und interessante Physik- Vermessung des Protons; EM, EW, QCD- Suche nach neuer Physik- Vorbereitung auf pp-Physik bei LHC

HERA

Bis 2007werden Physiker gesucht, die- Daten auswerten- die Detektoren mitbetreiben [Schichten, Verantwortung für Komponenten]- die Arbeit in einer internationalen Kollaboration geniessen [Qualifikation!].

Chance In Analyse, Hardware und Software und im Umgang in der Kollaboration werdenwichtige Fertigkeiten vermittelt.

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