Diese Arbeit stellt zwei Studien vor, die im Rahmen der Detektorentwicklung für den International Large Detector (ILD) durchgeführt wurden. ILD ist eines von drei vorgeschlagenen Detektorenkonzepten für den Internationalen Linear Collider ILC. In der Vorbereitungsphase für den ILD werden einerseits Prototypstudien durchgeführt, um die Detektortechnologien zu entwickeln und zu optimieren, die zum Einsatz kommen sollen. Andererseits werden physikalische Prozesse im Detektor simuliert, um die Sensitivität des Detektors zu demonstrieren. Darüberhinaus sind die Simulationen geeignete Tests für das Design des Detektors und des Beschleunigers.
Der erste Teil dieser Arbeit gibt eine Einführung in die physikalischen Fragen, die der ILC beantworten soll. Weiterhin wird die Maschine in ihren Grundzügen erklärt und das ILD Detektorkonzept vorgestellt.
Der zweite Teil ist der Entwicklung und dem Bau eines großen Prototypen einer Zeit Projektions Kammer (TPC) gewidmet. Eine TPC soll im ILD zum Einsatz kommen und mit einer, im Vergleich zu vorangegangenen TPCs, unerreichten Genauigkeit Teilchenspuren vermessen. Der neue Prototyp stellt eine Infrastruktur zur Verfügung, mit der moderne Auslesestrukturen entwickelt werden, welche die geforderten Kriterien erfüllen können. Vor dem Bau der Kammer wurden die Konstruktionspläne des Prototypen optimiert um eine möglichst geringe Materialdichte der Wände und ein sehr homogenes elektrisches Feld in der Kammer zu erreichen. Beides sind auch kritische Parameter der TPC, die im ILD Detektor betrieben werden soll. Weiterhin wurden mit dem Bau der Kammer Erfahrungen mit Konstruktionstechniken für den Bau der finalen TPC gesammelt.
Ein dritter Teil befasst sich mit einer Simulationsstudie zur Messung des Polarisations-grads von tau Leptonen, die in Prozess e+e- -> stau1 stau1 -> chi1 chi1 tau tau erzeugt werden. Hierbei ist stau1 der supersymmetrische Partner des tau Leptons. Supersymmetrie (SUSY) ist ein Szenario neuer Physik, das viele Mängel des Standardmodells der Teilchenphysik beheben kann. Supersymmetrie könnte am ILC untersucht werden. Die vorliegende Messung ist sensitiv auf Schlüsselparameter dieser Theorie. Mit der Simulation wird die Machbarkeit der Messung im gewählten SUSY Szenario demonstriert und die mögliche Präzision abgeschätzt.
Beide Studien beziehen sich insbesondere auf die purrekonstruktionsfähigkeiten des ILD Detektors. Ergebnisse der präsentierten Studien und Ausblicke werden in Teil IV präsentiert.
This thesis presents two studies which have been made in the framework of the detector development for the International Large Detector (ILD). ILD is one of three proposed detector concepts for the International Linear Collider ILC. In the preparation phase for the ILD, prototype studies are performed to develop and optimise the sub-detector technologies which will come into operation. Complementary to these hardware studies, expected physics scenarios are being investigated in full detector simulations. These simulations demonstrate the physics potential of the detector concept and are a benchmark for the detector and the accelerator design.
The first part of this thesis gives an introduction to the physics questions addressed to the ILC. Also, the machine and the ILD detector concept are presented.
The second part is dedicated to the development and the construction to a large Time Projection Chamber (TPC) prototype (LP). A TPC is foreseen as one of ILD's sub-detectors and shall measure the trajectories of charged particles with an accuracy unprecedented by TPCs operated before. The new prototype offers an infrastructure for the development of modern TPC readout structures which can fulfil the required criteria. Before construction, the design plans of the LP have been optimised for a low material budget of the structure and a very homogeneous drift field. Both are crucial parameters for the TPC to be operated in the ILD detector. During the manufacturing of the LP, experience with construction techniques has been gained for the construction of the final ILD TPC.
The third part deals with a simulation study for a polarisation measurement of tau leptons in the process e+e- -> stau1 stau1 -> chi1 chi1 tau tau. Here, the stau1 is the supersymmetric partner of the tau lepton. Supersymmetry (SUSY) is a scenario of new physics which could solve major shortcomings of the Standard Model of particle physics. It could be investigated in detail with the ILD. The polarisation measurement is sensitive to key parameters of the SUSY theory. This simulation study shows the feasibility of the measurement in the chosen SUSY scenario and estimates the accuracy to be expected.
Both studies address in particular the track reconstruction capabilities of the ILD detector. Conclusions of the discussed studies and an outlook are presented in part IV.