Kurzfassung
Diese Arbeit basiert auf einer Untersuchung von Natürlichen Supersymmetrie-Szenarien am International Linear Collider (ILC). Diese Szenarien sind durch Natürlichkeit motiviert, für welche es erforderlich ist, dass der μ-Parameter im Bereich der elektroschwachen Skala liegt. Das betrachtete Szenario enthält drei leichte Higgsino-artige Charginos und Neutralinos mit einer Massenaufspaltung von wenigen GeV oder sogar weniger als einem GeV, während alle anderen supersymmetrischen Teilchen schwer sind und in der Größenordnung von mehreren TeV liegen. Aufgrund des geringen Massenunterschieds von wenigen GeV bestehen die Endzustände aus großer fehlender Energie und wenigen sehr niederenergetischen sichtbaren Teilchen zusammen mit einem harten Anfangszuslandsstrahlungs Photon. Dadurch stellt die Analyse sowohl am LHC wie auch am ILC eine Herausforderung dar.
Um zu untersuchen, ob die Beobachtung von leichten Higgsinos am ILC möglich ist, wurde eine Analyse durchgeführt, wofür sowohl schnelle Detektorsimulation als auch volle Detektorsimulation für den International Large Detector (ILD) genutzt wurden. Die Ergebnisse der schnellen Simulation haben zu erkennen gegeben, dass die Hauptobservablen der Higgsinos mit einer Unsicherheit von einigen Prozent rekonstruiert werden können. Es wurde gezeigt, dass die Ergebnisse es ermöglichen, die Untergrenzen und die erlaubten Regionen der Massenparameter des Binos M1 und des Winos M2 sowie den Higgsino-Massenparameter μ mit einer Genauigkeit von einigen Prozent zu bestimmen. Die Analyse mit der vollen Simulation hat Hinweise über Detektoranforderungen geliefert, wie die Identifizierung von Elektronen und Myonen mit niedrigem Impuls. Die Elektronidentifizierung kann untersucht werden, indem der Ionisationsenergieverlust pro Länge, dE/dx, genutzt wird. Dieser kann von der Zeitprojektionskammer (time projection chamber - TPC) des ILD gemessen werden. Die Identifizierung von Myonen mit niedrigem Impuls wurde im Rahmen dieser Arbeit untersucht, indem die Unterschiede der Clusterform im Kalorimeter zwischen Myonen und Pionen genutzt wurden. Als Ergebnis wurde eine Methode für Teilchen mit einem Impuls kleiner als 2 GeV entwickelt. Ihr Einfluss auf die Higgsino-Analyse wurde untersucht. Unter der Annahme, dass die Elektronen mit derselben E�zienz identifiziert werden können wie die Myonen, wurde herausgefunden, dass die Hauptobservablen mit derselben Genauigkeit wie im Fall der schnellen Simulation rekonstruiert werden können, indem die doppelle Datenmenge genommen wird.
Durch das Vorhandensein der niederenergetischen Teilchen erhält die Spurrekonstruktion eine hohe Relevanz fur die Analyse. Daher wurde eine umfassende Hardware-Studie im Zusammenhang mit der ILD-TPC durchgeführt. In dieser Studie wurden drei geeignete Gasgemische untersucht, und ihre Leistung wurde verglichen. Dazu wurde ein Testaufbau mit einem dreifachen Stapel von Gas-Elektronen-Vervielfachern genutzt. Diese Studie hat das Verständnis der Abhängigkeit des Ladungstransfers vom Messgas verbessert und hat bestätigt, dass das für die Nutzung in der TPC vorgesehene Gas vielversprechend ist.
This thesis is based on a study of Natural Supersymmetry (SUSY) scenarios at the International Linear Collider (ILC). These scenarios are motivated by naturalness, which requires the μ parameter to be at the electroweak scale. The considered Natural SUSY scenario contains three light higgsino-like charginos and neutralinos with a mass splitting of a few GeV or even sub-GeV, while all other supersymmetric particles are heavy in the multi-TeV scale. Due to the small mass difference of a few GeV, the final state consists of a large missing energy and a few very soft visible particles. Therefore, the analysis of such scenarios is extremely challenging for the LHC as well as the ILC. In order to investigate the feasibility of observing light higgsinos at the ILC, an analysis has been performed using both fast detector simulation and full detector simulation for International Large Detector (ILD). The fast simulation results have indicated that the key observables of the higgsinos can be reconstructed with an uncertainty of a few percent. It has been shown that the results enable determining the lower limits and allowed regions for the mass parameters of the bino M1 and the wino M2, as well as determining the higgsino mass parameter μ to the accuracy of a few percent. The full simulation analysis has provided information about detector requirements, such as the identification of low momentum electrons and muons. The electron identification can be studied by using the ionisation energy loss of the particles per length, dE/dx, which can be obtained from the Time Projection Chamber (TPC) of ILD. The identification of low momentum muons has been studied in the context of the thesis by using the calorimeter cluster shape differences between muons and pions. As a result, a method has been developed for particles with momentum lower than 2 GeV, and its impact on the higgsino analysis has been investigated. It has been found that assuming the electrons can be identified with the same e�ciency as the muons, the key observables can be reconstructed with the same precision as in the fast simulation case by taking two times more data. The presence of soft final-state particles makes the tracking of high relevance for the analysis. Therefore, a comprehensive hardware study related to the TPC of ILD has been performed. In this study, three commonly used gas mixtures have been investigated in a small gas chamber containing a triple Gas Electron Multiplier stack, and their performance has been compared.This study has enhanced the understanding of the dependency of the charge transfer on the gas type. It has confirmed that the gas proposed to be used in the TPC is the most promising one.