"Realisierung von Strahlpolarisation am Lineare Collider und seine Anwendungen an Elektroschwache Prozesse. "

"Realization of Beam Polarization at the Linear Collider and its Application to EW Processes."

Kurzfassung

In dieser Arbeit werden drei Aspekte von Strahlpolarisation am zukünftigen ILC, einem linearen e⁺e^- Beschleuniger mit mindestens 500GeV Schwerpunktsenergie, besprochen: der positive Einfluss auf elektroschwache Messungen, eine neue Methode zur Messung der Polarisation und die Analyse von Daten eines Testexperimentes zur Erzeugung polarisierter Positronen.

Im ersten Teil der Arbeit wird eine Analyse der Drei-Eichbosonkopplungen (TGC) in W-Paar Ereignissen am zukünftigen ILC mit 500GeV Schwerpunktsenergie vorgestellt. Es wird untersucht, inwieweit die Sensitivität auf anomale Anteile zu diesen Kopplungen durch transversale Strahlpolarisation erhöht werden kann. Die Ergebnisse werden mit Studien für longitudinal polarisierte Strahlen verglichen. Die Sensitivität im Falle longitudinal polarisierter Strahlen ist aufgrund einer geringeren Untergrundrate für W-Paarproduktion mit t-Kanal Neutrinoaustausch höher.

Das volle Potential polarisierter Strahlen kann nur ausgeschöpft werden, wenn der Polarisationsgrad sehr genau bekannt ist. Herkömmliche Compton-Polarimeter mit einer Auflösung von etwa 0.25% sind dabei nicht immer ausreichend. Der zweite Teil dieser Arbeit stellt eine alternative Methode zur Messung der Polarisation vor, die auf der Analyse von Kollisionsdaten bei zwei verschiedenen Polarisationswerten beruht. Insbesondere wird die Produktion einzelner W-Bosonen wegen des hohen Wirkungsquerschnitts untersucht. Mit 500 fb^-1 und W → µν Zerfällen wird eine Präzision von 0.26% (0.36%) für die Elektron-(Positron-)Polarisation erwartet, die durch die Analyse weiterer W-Zerfallskanäle erhöht werden kann.

Im dritten Teil dieser Arbeit werden erste Ergebnisse des E-166 Experiments zur Erzeugung polarisierter Positronen präsentiert. Ein helischer Undulator wird verwendet, um mit Hilfe des SLAC Elektronstrahls zirkular polarisierte Photonen zu erzeugen. Diese wiederum werden in polarisierte e⁺e^- Paare konvertiert. Die Positronen werden in Photonen rekonvertiert, deren Transmissionsasymmetrie in einem magnetisierten Eisenabsorber gemessen wird, die wiederum ein Mass für die Polarisation der Positronen ist. Die Analyse der im Juni 2005 genommenen Daten ergibt eine Transmissionsasymmetry von Dδ = 0.0073 ± 0.0013. Der daraus zu ermittelnde Wert für die Positronpolarisation wird noch von der E-166 Kollaboration untersucht.

Titel

Kurzfassung

Summary

The use of beam polarization at the future ILC e⁺e^- linear collider will benefit the physics program significantly. This thesis explores three aspects of beam polarization: the application of beam polarization to the study of electroweak processes, the precise measurement of the beam polarization, and finally, the production of polarized positrons at a test beam experiment.

In the first part of the thesis the importance of beam polarization at the future ILC is exhibited: the benefits of employing transverse beam polarization (in both beams) for the measurement of triple gauge boson couplings (TGCs) in the W-pair production process are studied. The sensitivity to anomalous TGC values is compared for the cases of transverse and longitudinal beam polarization at a center of mass energy of 500 GeV. Due to the suppressed contribution of the t-channel ν exchange, the sensitivity is higher for longitudinal polarization.

For some physics analyses the usual polarimetry techniques do not provide the required accuracy for the measurement of the beam polarization (around 0.25% with Compton polarimetry). The second part of the thesis deals with a complementary method to measure the beam polarization employing physics data acquired with two polarization modes. The process of single-W production is chosen due to its high cross section. The expected precision for 500 fb^-1 and W → µν decays only, is ΔP_e^-/P_e^- = 0.26% and ΔP_e⁺/P_e⁺ = 0.33%, which can be further improved by employing additional W-decay channels.

The first results of an attempt to produce polarized positrons at the E-166 experiment are shown in the last part of the thesis. The E-166 experiment, located at the Final Focus Test Beam at SLAC’s LINAC employs a helical undulator to induce the emission of circularly polarized gamma rays by the beam electrons. These gamma rays are converted into longitudinally polarized electron-positron pairs. The polarization of the positrons is analyzed by reconverting them into photons and measuring the transmission asymmetry through a magnetized iron absorber. The analysis of the transmission asymmetry yields the following result for the June 2005 run: δ = 0.0073 and the error is Δδ = 0.0013; indicating the presence of positron polarization. The actual degree of polarization is still under study by the E-166 collaboration.