In den letzten 30 Jahren konnte die Hochenergiephysik eine beeindruckende Erfolgsgeschichte schreiben. Seit der Einführung des Standard Modells (SM) konnte dieses jeder experimentellen Überprüfung standhalten. Denoch steht die vollständige Bestätigung noch aus, da der Mechanismus der elektro-schwachen Symmetriebrechung bisher noch nicht experimentell geklärt werden konnte. Die favorisierte Theorie, welche die Einführung eines Higgsfeldes vorsieht, konnte bislang nicht experimentell bestätigt werden. Zudem gibt es klare Hinweise, dass das SM nur eine niederenergetische Beschreibung der Natur und der ihr zugrundeliegende Prinzipien darstellt, da das SM nur ca. 4 % der im Universum bekannten Materie beschreibt.
In der Beschleuniger-Hochenergiephysik gibt es zwei unterschiedliche Ansätze diese offenen Fragen zu beantworten. Der Large Hadron Collider (LHC) hat mit seiner hohen Schwerpunktsenergie gute Chancen einen grossen Teil der fehlenden Bausteine experimentell bestätigen zu können. Der Internationale Linear Collider (ILC) wird ihre dann ihre Eigenschaf mit hoher Präzission bestimmen können. Um diese hohe Präzission zu gewährleisten, müssen die Detektoren in der Lage sein jedes einzelne Teilchen zu identifizieren und seine Eigenschaften mit dem jeweils geeignetesten Detektor mit hoher Genauigkeit zu bestimmen.
Diese hohe Ansprüche an einerseits jeden einzelnen Detektor, sowie auch an die Interkonnektivität aller Detektoren, wird unter dem Begriff Particle Flow (PFLOW) zusammengefasst. Dies bedeutet, dass jedes Teilchen vom anderen separierbar sein muss, was insbesondere für die zentrale Spurkammer gilt. Als eine mögliche Option ist hierfür eine Zeit-Projektionskammer vorgesehen (TPC). In dieser Arbeit wurde eine TPC mit Gas Electron Multiplier (GEM) als Gasverstärkungssystem verwendet. Die GEMs ersetzen hierbei die konventionelle Gasverstärkung mit Drähten.
In der vorliegenden Doktorarbeit wurde eine Methode entwickelt und getestet, die mit Hilfe eines Lasers die Driftgeschwindigkeit einer TPC zu bestimmt. Um eine hohe Genauigkeit dieser Methode zu gewährleisten wurden alle relevanten Gas-Parameter mit Hilfe eines Monitorsystems bestimmt. Desweiteren wurde der UV-laser mit Hilfe eines einfachen optischen Aufbaus zur Bestimmung der Separationskapazität benachbarter Spuren verwendet. Hierfür wurde ein bereits bestehender TPC Prototyp, welcher für Messugen in einem 5 T Magneten entwickelt wurde, umfassend modifiziert. Diese Arbeit kann daher eine umfassende Studie und Ergebnisse zur Quantifizierung zur Separationskapazität benachbarter Spuren innerhalb der ILC TPC Gemeinschaft präsentieren.
In the last 30 years high energy physics could write an impressive story of success. Since the introduction of the Standard Model (SM), it has met every experimental test. However the final confirmation has to prove the mechanism of electro-weak symmetry breaking, which could not be confirmed yet. The most favored theory, which includes the introduction of a Higgs field, could not be verified experimentally. Furthermore there is clear evidence, that the SM is only a low energy description of nature and its principles, as the SM describes only 4 % of the known matter in the universe. There are two different approaches in accelerator driven high energy physics to clarify the open questions. The Large Hadron Collider (LHC) have a good opportunity to measure some of the missing pieces with its high center of mass energy. The International Linear Collider (ILC) will then measure their parameters with high precision. To guarantee this high precision the detectors have to be able to identify every single particle and determine its properties with high accuracy.
These high requirements to the single detectors as well as the interconnectivity between all detectors are summarised by the concept of particle flow (PFLOW). This means that all particles must be separable, which includes in particular the main tracking device. A possible candidate or the central tracking device is a Time Projection Chamber (TPC). In this work a TPC with Gas Electron Multipliers (GEM) as gas amplification system was used. The GEMs replace the conventional wire amplification system of the TPC.
In this PhD work a method to determine the drift velocity of a TPC was developed and tested using an ultraviolet laser. To ensure a high accuracy of the method all relevant gas parameters were measured with a slow control system. Furthermore the laser was used to investigate the separation capability of nearby tracks. Therefore an existing TPC prototype, which was developed to operate in a 5 T magnet facility, was substantially modified. This work can thus present a comprehensive study and results for the separation capability of nearby tracks, which was done in the ILC TPC community.