Die hier vorgestellte Arbeit wurde im Rahmen der Forschung und Entwicklung von Detektoren, sowie Physikstudien für den Internationalen Linear Collider (ILC) entwickelt. Der ILC ist ein geplanter e+e- Beschleuniger mit einer Schwerpunktsenergie von bis zu 500 GeV.
Der erste Teil der Arbeit stellt eine gleichzeitige Messung der longitudinalen Strahlpolarisation, sowie der Triple Gauge Couplings (TGCs) am ILC vor auf der Basis von vollständig Monte Carlo-simulierten Ereignissen. Um eine solche Messung zu ermöglichen werden semileptonische W-Paarzerfälle selektiert. Darüber hinaus werden zwei weitere Techniken zur alleinigen Polarisationsmessung verglichen.
Bei einer angenommenen longitudinalen Polarisation von 80% für den Elektron- und 60% für den Positronstrahl und einer integrierten Luminosität von 250 fb-1 wird eine relative statistische Präzision von besser als 0.2% für beide Strahlen erreicht. Für eine niedrigere angenommene Positron-Polarisation von 30% bei einer integrierten Luminosität von 500 fb-1 wird eine relative Genauigkeit von ~0.1% für den Elektron- und ~0.35% für den Positronstrahl erreicht. Drei von einander unabhängige TGCs werden gleichzeitig zur Polarisationsmessung per Fit bestimmt ohne Sensitivität auf die Polarisationsmessung zu verlieren. Es wird eine absolute statistische Unsicherheit in der Größenordnung von 10-3 auf die Kopplungsstärken erreicht.
Im zweiten Teil der Arbeit wird eine Datenanalyse von experimentell mit Kalorimeter-Prototypen der CALICE Kollaboration aufgenommen Meßwerten vorgestellt. Die Daten wurden während der Testbeam Kampagne in 2007 am CERN aufgezeichnet. Der experimentelle Aufbau bestand aus einem elektromagnetischen Kalorimeter aus Silizium-Wolfram, einem analog ausgelesenen, hadronischen Kalorimeter aus Szintillatoren und Stahl und einem "Tail Catcher", der ebenfalls aus Szintillatoren und Stahlabsorbern bestand. Aufgezeichnete Pionstrahl-Ereignisse im Energiebereich zwischen 8 GeV und 100 GeV wurden selektiert und mit Monte Carlo Simulationen verglichen. Der Verlust von Teilchenenergie aus dem kompletten Aufbau ist vernachlässigbar, wird aber bei Nichtberücksichtigung der Information aus dem "Tail Catcher" signifikant und beeinflusst die Leistungsfähigkeit. Die mittlere gemessene Energie sinkt unterhalb die Strahlenergie und die Auflösung wird schlechter. Eine Korrektur dieses Energieverlustes wurde implementiert für Pionen, die die erste harte Wechselwirkung im hadronischen Kalorimeter haben. Die Resultate zeigen, daß die Korrektur die mittlere gemessene Energie wieder auf die erwartete Strahlenergie bringt mit einer Genauigkeit von ein bis zwei Prozent über den gesamten Energiebereich. Die relative Verbesserung der Auflösung ist ungefähr 25% bei 80 GeV, mit abnehmender Tendenz für kleinere Werte zusammen mit dem abnehmenden Einfluss des Energieverlusts.
The work presented in this thesis was developed in the framework of detector R&D and physics studies for the International Linear Collider (ILC), a planned e+e- accelerator that will reach center of mass energies up to 500 GeV in its first stage.
In the first part of the thesis a simultaneous measurement of longitudinal beam polarization and Triple Gauge Couplings (TGCs) at the ILC is implemented, using fully simulated Monte Carlo events. In order to perform such a measurement, semileptonic decays of the W-pairs at √s = 500 GeV are selected. Additionally, two techniques to measure the polarization alone are also compared.
Assuming 80% longitudinal polarization for the electron beam and 60% for the positron beam, a statistical relative precision of better than 0.2% on the average beam polarization of both beams is achieved at an integrated luminosity of 250 fb-1. In the option of a low positron polarization of 30\%, with an integrated luminosity of 500 fb-1 the statistical relative precision on the average polarization is ~0.1% for the electron beam and ~0.35% for the positron beam. Three independent TGCs are fitted simultaneously with the polarization, without loosing sensitivity on the polarization. An absolute statistical uncertainty on the couplings is reached of the order of 10-3.
The second part of the thesis presents the analysis of experimental data collected using the CALICE prototypes, during the 2007 test beam campaign at CERN. The complete setup of the experiment consisted of a silicon-tungsten electromagnetic calorimeter, an analog scintillator-steel hadron calorimeter and a scintillator-steel tail catcher. Events collected using pion beams in the energy range 8-100 GeV are selected and compared to the Monte Carlo simulations. While the leakage from the full setup is negligible, when removing the tail catcher information either partly or completely the energy loss becomes significant and affects the performance. The average measured energy decreases below the expected beam energy and the resolution deteriorates. A correction to the leakage was implemented for pions having the first hard interaction in the hadron calorimeter. The results obtained show that the correction is powerful in restoring the mean value of the measured energy distributions back to the expected beam energy, with an accuracy at the 1-2% level over the whole energy range. The relative improvement on the resolution is about 25% at 80 GeV, decreasing at lower energies together with the impact of the leakage.