Studie zu supersymmetrischen Prozessen mit Taus im ... - LHC/ILC

3.1 Der Large Hadron Collider
antwort (“Response”) der LHC-Detektoren, ist aber nötig für eine Ereignisrate, die eine
Entdeckung neuer Physik mit Wirkungsquerschnitten im Bereich von Femto- bis Picobarn 9
ermöglicht.
Die an einem Beschleunigerring zu erwartende Ereignisrate wird durch die Luminosität
charakterisiert:
L = N2 P NBc
AeffU ,
wobei NP die Anzahl der Protonen in einem Paket ist und NB die Anzahl dieser Pakete,
c ist die Lichtgeschwindigkeit, Aeff 10 die effektive Querschnittsfläche der Pakete und U
der Umfang des Beschleunigerringes; der LHC kann eine Luminosität von 10 34 cm −2 s −1
erreichen.
Häufig werden zeitlich integrierte Luminositäten Ldt verwendet und Analysen damit
auf bestimmte Laufzeiten des Beschleunigers normiert. So sind beim LHC 10 fb −1 bzw.
100 fb −1 üblich, was einer Laufzeit von einem Jahr bei niedriger bzw. hoher Luminosität
entspricht. Es ist geplant, die ersten drei Jahre mit einer niedrigeren Luminosität von
10 33 cm −2 s −1 zu laufen.
Da die tatsächlich wechselwirkenden Partonen nur einen Teil des Protonimpulses tragen,
wird der Großteil der Kollisionen niederenergetisch (“soft”) sein und keine neuen physikalischen
Prozesse beinhalten. Das Problem, dass stets eine große Anzahl dieser Ereignisse die
interessanten Vorgänge begleitet und deren Nachweis damit erschwert, wird als “pile-up”
bezeichnet und stellt eine zusätzliche Herausforderung für die Konstruktion der Detektoren
am LHC dar:
• Um die zahlreich produzierten Teilchen von den am zu untersuchenden Prozess, beispielsweise
einem SUSY-Ereignis, beteiligten zu trennen und die Spuren und Energien
korrekt zuzuordnen, ist eine sehr hohe Granularität erforderlich.
• Durch den Pile-Up in Kombination mit den hochenergetischen Ereignissen entsteht
insgesamt eine sehr hohe Strahlenbelastung. Insbesondere im inneren Teil des Detektors
ist deshalb besonders widerstandsfähiges Material notwendig, sowohl für das
eigentliche Detektormaterial als auch für die Ausleseelektronik, die Kühlsysteme etc.
• Die oben erwähnte Geschwindigkeit der Detektorantwort erhält im Hinblick auf “Pileup”
eine noch größere Bedeutung.
9 Zur Einheit Barn: 1b=10 −28 m 2 .
10 Aeff = 4πσxσy mit der jeweiligen Strahlbreite σx,y in x- bzw. y-Richtung.
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