Forschungsprojekte des Lehr- und Forschungsgebiets Hochenergiephysik

Die Teilchenphysik erforscht die innerste Struktur von Materie, Raum und Zeit sowie die fundamentalen Kräfte im Universum. Trotz enormer Fortschritte sind wichtige Fragen bis heute offen.

CMS

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CMS Logo
Das CMS-Experiment am LHC-Speicherring am CERN ist in der Lage, auf einige dieser Fragen eine experimentelle Antwort zu geben. Unsere Gruppe hat Beiträge zum Aufbau des Spurdetektors geleistet und analysiert nun die mit CMS aufgenommenen Daten. Parallel dazu arbeiten wir an einem neuen Pixel- und Spurdetektor für den Betrieb von CMS bei höheren Luminositäten.

Detektorbau

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Die Tracker-Endkappe TEC+
Als erstes Experiment seiner Art hat CMS einen rein auf Silizium-Halbleiterdetektoren basierenden Spurdetektor. Dieser ermöglicht eine schnelle und hochpräzise Vermessung der Teilchenspuren und bieten gleichzeitig die notwenige Robustheit und Strahlenhärte. Eine der beiden Endkappen (TEC+) des CMS-Spurdetektors wurde von uns in Aachen zusammengebaut und getestet. Im Oktober 2006 wurde sie zum CERN transportiert und dort in den CMS-Spurdetektor eingebaut. Mit etwa 40 m2 Siliziumfläche und 2 Millionen Kanälen ist die TEC+ für sich alleine bereits größer als alle bisher betriebenen Silizium-Spurdetektoren. Die Tests in Aachen und am CERN haben ergeben, dass 99,7% der Kanäle der TEC+ funktionieren.
[ CMS-NOTE-2009-009, CMS-NOTE-2009-005, J. Instrum. 3 (2008) S08004 ]

Datenanalyse

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Invariante Masse der Di-leptonen
Wir suchen in den CMS-Daten nach Anzeichen für supersymmetrische Teilchen, die in den Proton-Proton-Kollisionen am LHC entstehen könnten, wobei insbesondere Endzustände mit zwei Leptonen bzw. mit Photonen betrachtet werden. Die Entdeckung von Supersymmetrie würde unser Bild der Welt grundlegend verändern und viele offene Fragen der Teilchenphysik klären. Die verwendeten Suchstrategien sind jedoch auch sensitiv auf andere Erweiterungen des Standardmodells der Teilchenphysik. Mit der in 2011 und 2012 aufgezeichneten LHC-Datenmenge konnten die Supersymmetrie und andere Modelle für neue Physik über einen großen Bereich ihrer Parameter getestet werden. Es wurden keine signifikanten Abweichungen vom Standardmodell gefunden, so dass der entsprechende Parameterbereich jetzt ausgeschlossen werden kann. An der Grenze dieses Ausschlussbereichs haben wir Hinweise auf eine mögliche Abweichung gefunden, die mit den ab 2015 erwarteten neuen LHC-Daten bei 13 TeV Schwerpunktsenergie genauer untersucht werden sollen.
[ Physics Letters B, 718 (2013) 815-840, CMS-PAS-SUS-12-019, 2014, JHEP 03 (2013) 111 ]

Upgrades des CMS-Experiments

Bau des neuen CMS-Pixeldetektors

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Ein DC-DC Konverter für das Pixel-Upgrade
Durch die stetig anwachsende Leistungsfähigkeit des LHC gerät der CMS-Pixeldetektor an seine Grenzen. Anfang 2017 soll er gegen einen deutlich verbesserten Detektor ausgetauscht werden. Unsere Gruppe hat hierfür ein neuartiges Stromversorgungssystem auf Basis von DC-DC-Konvertern entwickelt. Außerdem sind wir am Bau der vierten und größten Lage dieses neuen Detektors mit der Qualifikation von 400 Detektormodulen beteiligt.
[ 2013 JINST 8 C02024 PoS(Vertex2013)035 ]

Entwicklungsarbeiten für das Upgrade des CMS-Spurdetektors

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Thermische Simulation für ein Silizium-Streifenmodul
Ab etwa 2024 benötigt das CMS-Experiment einen neuen Spurdetektor, damit es in der Hochluminositätsphase des LHC effizient Daten aufzeichnen kann. Für diesen Spurdetektor müssen eine Reihe von neuartigen Technologien entwickelt werden. Hierzu gehören Silizium-Streifenmodule, die lokal und online den Transversalimpuls der Teilchenspuren messen können. Wir sind am Design dieser Module beteiligt und entwickeln Methoden, mit denen sie präzise gebaut und anschließend in allen ihren Eigenschaften vermessen werden können.
[ PoS(EPS-HEP 2013)502 ]

Angebote für Abschlussarbeiten

In allen diesen Projekten können Studierende ihre Bachelor- oder Masterarbeit schreiben oder als Doktoranden mitarbeiten. Nähere Informationen finden sich hier.

Förderung

Unsere Forschung wird über die Grundausstattung der RWTH hinaus gefördert durch