"Driftkammer-Studien für einen Detektor am Linearcollider und Suche nach schweren langlebigen geladenen Teilchen in e⁺e^- Kollisionen bis √s=209 GeV"

"Studies for a Linear Collider Drift Chamber and Search for Heavy Stable Charged Particles in e⁺e^- Collisions up to √s=209 GeV"

Kurzfassung

Im ersten Teil dieser Arbeit werden Studien für eine TPC ("Time Projection Chamber") vorgestellt, die als Hauptspurkammer für den Detektor des zukünftigen e⁺e^- Linearbeschleuniger TESLA geplant ist. Anstelle der konventionellen Auslese, basierend auf Drahtkammern, wurde ein Auslesesystem mit GEMs ("Gas Electron Multipliers") entwickelt. Erste Messungen mit kosmischen Myonen mit einer Doppel-GEM-Struktur werden vorgestellt. Die Einzelpunktauflösung wird für verschiedene Auslese-Pad-Geometrien bestimmt und mit Simulationen verglichen.

Im zweiten Teil wird eine Suche nach schweren stabilen geladenen Teilchen ( Masse > 45 GeV, Lebensdauer ≥ 10 ^-6 s) vorgestellt. Die zugrundeliegenden Daten wurden in e⁺e^- Kollisionen bei Schwerpunktenergien von (131-209) GeV mit dem OPAL Detektor am LEP Speicherring aufgezeichnet. Die Datenselektion basiert auf der Forderung von mindestens einer Spur mit anomalem spezifischen Energieverlust, so daß viele verschiedene Signaltopologien berücksichtigt werden, z.B. Kaskadenzerfälle von paar-produzierten Teilchen in schwere stabile geladene Teilchen. Im untersuchten Datensatz, der einer integrierten Luminosität von 632.1 pb ^-1 entspricht, wird kein Ereignis selektiert, während das Standard-Modell 0.795 ± 0.394 Ereignisse vorhersagt. Hieraus ergeben sich obere Grenzen für den Wirkungsquerschnitt für die direkte und indirekte Produktion schwerer stabiler geladener Teilchen, die im Rahmen supersymmetrischer Modelle, speziell GMSB ("Gauge Mediated Supersymmetric Breaking"), interpretiert werden.

In the first part of this thesis studies for a TPC (Time Projection Chamber) are presented which is planned to constitute the main tracking device of the detector at the future e⁺e^- linear collider TESLA. Instead of conventional readout based on wire chambers a gas amplification system using GEMs (Gas Electron Multipliers) was developed. First basic studies with a TPC prototype equipped with a double GEM structure using cosmic muons are presented. The single point resolution is determined with different readout pad geometries, and the results are compared with simulations.

In the second part a search for heavy stable charged particles (mass > 45 GeV, lifetime ≥10^-6 s) in e⁺e^- collisions is presented. The analysed data were recorded with the OPAL detector at LEP at centre-of-mass energies of (131-209) GeV. As the data selection is based only on the requirement of at least one track per event with an anomalous specific energy loss, many different signal event topologies are covered, e.g. cascade decays of pair-produced particles into heavy stable charged particles. In the analysed data corresponding to an integrated luminosity of 632.1 pb^-1 no data event is selected while 0.795 ± 0.394 events are expected from the Standard Model. Upper cross-section limits are derived for the direct and indirect production of heavy stable charged particles, which are interpreted within supersymmetric models, especially focussing on GMSB (Gauge Mediated Supersymmetric Breaking).