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Humboldt-Universität zu Berlin - Mathematisch-Naturwissen­schaft­liche Fakultät - Experimentelle Elementarteilchenphysik

Studentenpraktika

Die Arbeitsgruppe "Experimentelle Elementarteilchenphysik" bietet in den Semesterferien mehrwöchige Studentenpraktika zu Themen der (Astro-)Teilchenphysik an. Dieses Angebot richtet sich an Studierende im Hauptstudium, die sich für das Wahlpflichtfach "Teilchenphysik" interessieren.

 

 

Monte-Carlo-Methoden

Betreuung: Dr. M. zur Nedden
 

Das Ziel dieses Praktikums besteht darin, anhand eines Beispiels aus der Teilchenphysik einen Einblick in die Grundlagen der Monte-Carlo-Methode zu erhalten. Im ersten Teil des Praktikums soll studiert werden, wie Zufallszahlengeneratoren funktionieren und welche Verfahren benutzt werden, um Zufallszahlen mit beliebigen Verteilungen zu erhalten. Der zweite Praktikumsteil befasst sich mit der eigentlichen Methode des importance sampling. Als Beispiel werden dazu Proton-Proton-Kollisionen betrachtet wie sie etwa das ATLAS-Experiment am CERN zur Suche nach dem Higgs-Boson untersucht. Bei der Simulation derartiger Proton-Proton-Kollisionen besteht das Problem, dass die Proton-Konstituenten (Quarks und Gluonen) in den meisten Fällen nur einen sehr kleinen, statistisch variablen Bruchteil des Protonimpulses tragen und daher die interessanten Wechelwirkungen mit großem Transversalimpuls sehr selten und entsprechend schwierig zu simulieren sind. Die Technik des Importance Sampling ermöglicht es, bevorzugt solche Monte-Carlo-Ereignisse zu generieren, die einen ausreichend hohen Transversalimpuls aufweisen.

Dice

Radioteleskope

Betreuung: Dr. U. Schwanke

Radioteleskope haben wesentlich zur Aufklärung der Struktur der Milchstraße beigetragen. Im Rahmen dieses Praktikums sollen Daten des NANTEN-Radioteleskopes ausgewertet werden, die bei Beobachtung einer Himmelsregion im Sternbild Vela (Segel) gewonnen wurden. Die nachgewiesene Radiostrahlung stammt aus Rotationsübergängen des Kohlenmonoxid-Moleküls und ermöglicht den Nachweis von CO-Wolken (direkt) bzw. von Wasserstoff (durch Wechselwirkungen mit CO). Bei der Auswertung muss berücksichtigt werden, dass die Frequenz der CO-Übergänge aufgrund der Rotation der Milchstraße Doppler-verschoben wird. Im ersten Teil des Praktikums soll daher errechnet werden, welche Doppler-Verschiebung eine galaktischen Radioquelle aufweist, die von der Erde aus (bzw. aus dem Schwerpunkt des Sonnensystems heraus) beobachtet wird. Mit der dabei erhaltenen Umsetzung von Doppler-Verschiebungen in galaktische Entfernungen kann dann im zweiten Teil aus den Daten extrahiert werden, wo sich Moleküwolken bzw. Arme der Milchstraße befinden.

Nanten Radio Telescope

Datenerfassungssysteme

Betreuung: Dr. U. Schwanke
 

Experimente in der Astroteilchen- und Teilchenphysik (wie zum Beispiel H.E.S.S. oder ATLAS) weisen eine sehr unterschiedliche Anzahl auszulesender Detektorkanäle (einige Tausend bis mehrere Millionen) auf. Gemeinsam ist ihnen jedoch, dass versucht wird, wo immer möglich standardisierte Hardware (zum Beispiel PCs) und weitverbreitete Software (zum Beispiel CORBA) zum Einsatz zu bringen. Dieses Praktikum soll anhand der Simulation des Datenerfassungssystems des H.E.S.S.-Experimentes einen Eindruck von den benutzten Software-Technologien vermitteln. Im ersten Teil wird die Simulation genutzt, um genau wie beim Schichtbetrieb in Namibia Daten aufzuzeichnen und einen Überblick über die an der Datennahme beteiligten Software-Prozesse zu gewinnen. Im zweiten Teil soll ein objektorientierter Prozess programmiert werden, dessen Objekte mit Hilfe von CORBA über ein Ethernet-Netwerk mit anderen Objekten kommunizieren und so die Daten eines Čerenkov-Teleskops auslesen.

Computer Farm

Čerenkov-Teleskope

Betreuung: Dr. U. Schwanke
 

Čerenkov-Telescope (wie sie zum Beispiel im H.E.S.S.-Experiment eingesetzt werden) ermöglichen es, Astronomie bei Photonenenergien oberhalb von 50 GeV zu betreiben. Sie nutzen aus, dass hochenergetische Gamma-Photonen in der Erdatmosphäre aufschauern und dabei Elektronen erzeugen. Das von den Elektronen erzeugte Čerenkov-Licht erreicht den Erdboden und wird von den Teleleskopen aufgefangen und auf eine Kamera abgebildet, wobei dann aus der Lage und Intensität des Kamerabildes auf die Richtung und Energie des ursprünglichen Gamma-Photons geschlossen werden kann. Im Rahmen dieses Praktikums soll anhand einer Computersimulation detailliert untersucht werden, wie der Photonennachweis im Zusammenspiel von Čerenkov-Emission und Abbildung mit Hilfe sphärischer Spiegel erfolgt. Dazu soll im ersten Teil der Praktikums simuliert werden, welchen Verteilung der Emissionswinkel und Auftreffpunkte der Čerenkov-Photonen sich aufgrund der Zunahme des Brechungsindex der Luft mit abnehmender Höhe ergibt. Im zweiten Teil sollen die simulierten Photonen in eine vereinfachte Kamera abgebildet werden, um zu verstehen, wie die Form der Emissionsregion das Kamerabild bestimmt. Dieses Praktikum ist gut für einen Einstieg in die Programmiersprache C++ geeignet.

H.E.S.S. Telescope

TeV-Gammastrahlung

Betreuung: Dr. U. Schwanke
 
H.E.S.S. ist ein System von vier abbildenden Čerenkov-Teleskopen in Namibia, das das nicht-thermische Universum durch den Nachweis harter Gammastrahlung erforscht. Dieses Praktikums vermittelt einen Einblick in die Funktionsweise des H.E.S.S.-Experimentes und die Verfahren, die zur Auswertung der Daten eingesetzt werden. Dazu soll ein Datensatz untersucht werden, der bei der Beobachtung des Krebs-Nebels (dem Überrest einer Supernova-Explosion aus dem Jahr 1054) mit einem der H.E.S.S.-Teleskope gewonnen wurde. Im ersten Teil des Praktikums sollen anhand von Monte-Carlo- und Untergrunddaten Schnitte entwickelt werden, die es erlauben, gamma-artige Teilchenschauer anzureichern und den Untergrund von Schauern zu minimieren, der aus der Wechselwirkung der geladenen Kosmischen Strahlung mit der Erdatmosphäre stammt. Im zweiten Teil des Praktikums soll die effektive Nachweisfläche des Čerenkov-Teleskops ermittelt werden, um das Energiespektrum der vom Krebs-Nebel ausgesandten Gammastrahlung zu messen. Crab Nebula

Top-Quark-Produktion

Betreuung: Dr. O.M. Kind
 
Der Large Hadron Collider (LHC) am CERN wird es erstmals ermöglichen, Top-Quarks in großer Zahl zu erzeugen. Damit ist man in der Lage, die Eigenschaften des Top-Quark und insbesondere seine Kopplungen an andere Teilchen genauestens zu untersuchen und damit mögliche Abweichungen vom Standardmodell der Elementarteilchenphysik, d.h. Neue Physik, zu entdecken. Hierbei ist insbesondere die elektroschwache Kopplung des Top-Quark an ein W-Boson von Interesse. Um diese zu studieren, sucht man in den Proton-Proton-Kollisionen nach Ereignissen, in denen ein einzelnes Top-Quark produziert wurde (single-top). Unsere Gruppe ist als Mitglied der großen, internationalen ATLAS-Kollaboration an diesen Suchen beteiligt. Dieses Praktikum bietet die Möglichkeit, in der Arbeitsgruppe mitzuarbeiten und sich im Rahmen einer kleinen Studie an der Suche nach Single-Top-Produktionsereignissen zu beteiligen. ATLAS Detector

Driftkammer

Betreuung: Dr. O.M. Kind
 

Mittels eines kleinen, abgeschlossenen Detektorsystems bestehend aus drei Lagen von Driftröhren des ATLAS-Myonspektrometers ist es möglich, die Bahnen von Myonen aus der kosmischen Höhenstrahlung präzise zu vermessen. Dieser experimentelle Aufbau bietet gleich mehrere Themen für ein Praktikum: Datennahme, Kalibration, Detektoralignierung sowie Ereignisrekonstruktion. Die verschiedenen Themenkomplexe sind auch gut geeignet, im Team bearbeitet zu werden.

Drift Chamber

Detektorsimulation

Betreuung: Dr. O.M. Kind
 
Ziel dieses Projekts ist es, eine Simulation des Versuchs zur Myonlebensdauer im Fortgeschrittenen-Praktikum mithilfe der C++-basierten Analysesoftware ROOT zu erstellen, um den Durchgang von Luftschauern aus der kosmischen Strahlung durch das Detektorsystem simulieren zu können und das Antwortverhalten des Detektors zu verstehen. Dazu muß zunächst die Geometrie des Aufbaus im Computer modelliert werden. Prozesse, welche zu einem Energieverlust von Teilchen beim Durchlaufen des Materials entstehen und evtl. auftretende Teilchenzerfälle müssen beschrieben werden. Die Ergebnisse können dann mit realen Daten verglichen werden. Monte Carlo Event