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

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

2 18. September 2003TSS: H1 und ZEUS 2 Übersicht Beschleuniger Grundlagen der Physik bei HERA Warum ist HERA-Physik spannend? HERA + Physik HERA H1 und ZEUS 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

3 18. September 2003TSS: H1 und ZEUS 3 Das DESY-Umfeld Derzeit 920-GeV-Protonen auf 27.5-GeV-Positronen.

4 18. September 2003TSS: H1 und ZEUS 4 Elektron-Proton-Streuung E e = 27.5 GeV E p = 920 GeV [before 1998: 820 GeV] Tiefunelastische Streuung (DIS): Q 2 > 0 GeV 2. Photoproduktion: Q 2 = 0 GeV 2 p=xP P Q 2 =-q 2 =-(k-k’) 2 Proton k’(e ±, )k Lepton (e ± ) y=Q 2 /sx: Inelastizität [s=Schwerpunktsenergie] x=Q 2 /2Pq: Anteil des Quarks am Protonimpuls (Bjorken-x) Q 2 : Viererimpuls-Transfer [Auflösung ~1/Q] ,Z,W

5 18. September 2003TSS: H1 und ZEUS 5 Ein typisches Ereignis in H1 H1-NC-DIS-Ereignis [Q 2 =4E e E e ’cos 2 (  /2)] Gestreutes e ± Gestreutes Quark Proton Lepton  Spurkammern Kalorimeter  EM und schwache WW  Struktur des Protons  QCD  Neue Physik

6 18. September 2003TSS: H1 und ZEUS 6 Dynamik im Proton unter der Lupe F 2 beschreibt dynamische Struktur des Protons Q 2 : (Impulsübertrag) 2 von e auf p [ ~1/Q] [ QPM: F 2 (x) =  e q 2 xq(x) ] Elektron Proton (Q2)(Q2) x Hohe Energie: ep-Streuung ~ eq-Streuung! HERA: Ideales Labor zur Untersuchung der Partondynamik im Proton.

7 18. September 2003TSS: H1 und ZEUS 7 Die Struktur des Protons kleine x: mittlere x: Scaling!!! grosse x: Spannend: - Beschreibt Theorie die Daten? - Welche Präzision brauchen wir, um am LHC Physik zu machen? [x: Impulsanteil des Gestreuten Quarks am Protonimpuls]

8 18. September 2003TSS: H1 und ZEUS 8 Die Protonstruktur – PDFs* *PDF = parton distribution function Beachte den Unterschied zwischen Valenz- und Seequarks und Gluonen! Die Angabe von (sinnvollen) Fehlern ist noch sehr neu!

9 18. September 2003TSS: H1 und ZEUS 9 Elektroschwache Theorie Generell  (e - ) >  (e + ) [positiver (negativer) Beitrag des Z 0 in e - p (e + p)] Q 2 gross  (NC) =  (CC) [Elektroschwache Ver- einheitlichung] Alle Wirkungsquerschnitte von der Theorie beschrieben!

10 18. September 2003TSS: H1 und ZEUS 10 Die starke Weckselwirkung: QCD BGF: Boson- Gluon-Fusion QCD-C: QCD- Compton-Events … die nächste Ordnung … s!s! Transversale Energie der Jets

11 18. September 2003TSS: H1 und ZEUS 11 Besonders nett:  s  s ist der fundamentale Parameter der QCD (wie  EM im Falle der QED).

12 18. September 2003TSS: H1 und ZEUS 12 Physik schwerer Quarks I “Open charm production” D* s+s+ ++ K-K- D0D0 “Golden D* decay” Rest x

13 18. September 2003TSS: H1 und ZEUS 13 Physik schwerer Quarks II Erstes Mal Daten durch Theorie beschrieben? Beauty-Wirkungs- querschnitte nicht verstanden? Methoden: p T,rel, Impakt-Parameter, (stat. Trennung)

14 18. September 2003TSS: H1 und ZEUS 14 Die Suche nach neuer Physik Zweifach geladene Higgs-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-Q 2 -DIS mit e+Jet] Finden wir Physik jenseits des Standard-Modells? Neue Wechselwirkungen?

15 18. September 2003TSS: H1 und ZEUS 15 Übersicht Beschleuniger Grundlagen der Physik bei HERA Warum ist HERA-Physik spannend? HERA + Physik HERA H1 und ZEUS 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

16 18. September 2003TSS: H1 und ZEUS 16 H1 und ZEUS Internationale Kollaborationen mit Beteiligung von ca 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!]

17 18. September 2003TSS: H1 und ZEUS 17 Vom Experiment zur Messung Beschleuniger Kollision im Detektor Ausleseelektronik Datenanalyse Interpretation Neue Fragen

18 18. September 2003TSS: H1 und ZEUS 18 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 vielen Messungen (hohe Q 2 ).] Soll erreicht werden durch bessere Strahlfokussierung (Faktor 5 höhere Ereignisrate). Ausserdem: Polarisation der Strahlen  schwache WW).

19 18. September 2003TSS: H1 und ZEUS 19 Der Upgrade am Beispiel von H1 GQ and GG sind Magneten, die der besseren Fokussierung dienen sollen. Ihr Einbau - braucht Platz - bringt starke Magnetfelder in die Detektoren Viele zentrale Detektor- Komponenten sind direkt betroffen oder werden aus anderen Gründen um/aufgebaut.

20 18. September 2003TSS: H1 und ZEUS 20 ZEUS-MVD I Zeus hat einen neuen Silikon-Mikrovertex-Detektor eingebaut, der der genauen Spurmessung am WW-Punkt dienen soll. Stossrichtung: Physik schwerer Quarks! Der MVD wird gerade in Betrieb genommen.

21 18. September 2003TSS: H1 und ZEUS 21 ZEUS-MVD II

22 18. September 2003TSS: H1 und ZEUS 22 Übersicht Beschleuniger Grundlagen der Physik bei HERA Warum ist HERA-Physik spannend? HERA + Physik HERA H1 und ZEUS 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

23 18. September 2003TSS: H1 und ZEUS 23 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 Vielseitige Umgebung Gute Zukunfts- Perspektive Kommuni- kation

24 18. September 2003TSS: H1 und ZEUS 24 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. Laufende Experimente Technik Bisherige Daten

25 18. September 2003TSS: H1 und ZEUS 25 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.

26 18. September 2003TSS: H1 und ZEUS 26 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

27 18. September 2003TSS: H1 und ZEUS 27 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]!

28 18. September 2003TSS: H1 und ZEUS 28 “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: flexibel Vorkenntnisse: Vordiplom Peter Schleper Geb. 67b, Raum 24 Tel.: 040/

29 18. September 2003TSS: H1 und ZEUS 29 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 , 1c/379, - Prof. P. Schleper, Tel , 67b/24, - Dr. T. Schörner-Sadenius, Tel , 67b/5, - Prof. B. Naroska, Tel , 1c/282, - Dr. Andreas Meyer, Tel , 1c/267,

30 18. September 2003TSS: H1 und ZEUS 30 Zusammenfassung betreibt relevante und interessante Physik - Vermessung des Protons; EM, EW, QCD - Suche nach neuer Physik - Vorbereitung auf pp-Physik bei LHC HERA Bis 2007 werden 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 werden wichtige Fertigkeiten vermittelt.


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