Christian Helebrant, Dissertation, Department Physik der Universität Hamburg, 2009 :

"Suche nach neuen Phänomenen mit Hilfe von Polarisation - HERA und ILC"


"In Search of New Phenomena Using Polarization - HERA and ILC"



Schlagwörter: H1, polarized lepton beams, BSM, leptoquarks, ILC, polarimetry, photodetectors, linearity
PACS : 13.88.+e, 14.80.Sv, 85.60.Ha
Volltext

Summary

Kurzfassung

Die longitudinale Polarisation von Leptonen kann an Teilchenbeschleunigern als wichtiges Hilfsmittel bei der Suche nach neuen Phänomenen dienen. Im ersten Teil dieser Arbeit wird eine Suche nach Leptoquarks der ersten Generation am H1-Experiment vorgestellt. Während der HERA-2 Runperiode wurden dort polarisierte Leptonstrahlen genutzt. Diese Analyse verwendet die Polarisation, um die Sensitivität für die chiral koppelnden Leptoquarks zu erhöhen. Aufgrund der Abwesenheit von Anzeichen für die Existenz von Leptoquarks wurden Ausschlussgrenzen in Abhängigkeit von Masse und Yukawa-Kopplung berechnet. Diese Analyse kann mit elektromagnetischer Stärke koppelnde Leptoquarks mit Massen von bis zu 280-300 GeV, je nach Leptoquark-Quantenzahlen, ausschliessen.

Es wird davon ausgegangen, dass der geplante Elektron-Positron-Linearbeschleuniger ILC der Physik neue Bereiche eröffnen wird. Dabei werden polarisierte Strahlleptonen eine wichtige Rolle spielen. Um deren Potenzial voll ausnutzen zu können, soll ihr Polarisationsgrad mit bislang unerreichter Genauigkeit von 0,25% gemessen werden. Begrenzt wird die Präzision dabei durch systematische Effekte, wie beispielsweise die Nichtlinearität der verwendeten Fotodetektoren. Im zweiten Teil dieser Arbeit werden Methoden im Hinblick auf ihre Eignung überprüft, Nichtlinearitäten von Fotodetektoren im Promille-Bereich aufzulösen. Ausserdem wird die Stabilität dieser Methoden über längere Zeiträume hin untersucht. Mit einigen der präsentierten Methoden wird es möglich sein, Fotodetektor-Nichtlinearitäten während des laufenden ILC-Experiments mit der nötigen Genauigkeit zu ermitteln und zu korrigieren, um so die angestrebte Präzision der Polarisationsmessung zu erreichen.

Titel

Kurzfassung

Summary

The longitudinal polarization of leptons can be used as an important tool in the search for new phenomena at particle colliders. In the first part of this thesis a search for first generation leptoquarks at the H1 experiment is presented. During the HERA-2 runperiod polarized lepton beams were used. The analysis presented herein utilizes this fact in order to enhance the sensitivity to these chirally coupling leptoquarks. Since no evidence for their existence is found, exclusion limits depending on the mass and Yukawa coupling are calculated. This analysis can exclude leptoquarks coupling at electromagnetic strength up to masses of 280-300 GeV, depending on the leptoquark quantum numbers.

A new domain of physics is expected to be open to the planned electron positron linear collider ILC, where polarized lepton beams will play an important role. In order to fully exploit its physics potential, the polarization will have to be measured with an as yet unequaled precision of 0.25%, which is expected to be limited by systematic effects, like the nonlinearity of the photodetectors employed. In the second part of this thesis several methods are tested with respect to their capability to resolve photodetector nonlinearities at the permille level, and checked for their long term stability. With some of the methods presented herein it will be possible to measure and correct photodetector nonlinearities at a running ILC experiment with the accuracy required in order to achieve the aimed precision of the polarization measurement.