Studien-, wiss. Haus-, Bachelor-, Master- und Doktorarbeiten

Allgemeine Themen im Rahmen des Super-Charm-Tau Experiments
(Betreuung Düren/Schmidt/Strickert und Doktoranden)

• Test von DIRC Detektoren mit kosmischer Strahlung
• Optimierung der Elektronik zur Messung schneller Photonensignale
• Studium schneller Photonendetektoren mit hoher Ortsauflösung
• Entwicklung von Simulations- und Rekonstruktionssoftware des DIRCs
• Messung und Optimierung der optischen Eigenschaften von fokussierenden Elementen
• Untersuchung verschiedener Radiator-Materialien wie Quarzglas und Aerogel
• Messung der optischen Qualität einer Quarzplatte

Themen für Bachelor-Studierende

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• Optimierung von fokussierender Optik für Cherenkov-Detektoren zur Teilchenidentifikation
  Die Winkelauflösung von DIRC-Dektoren (Detection of Internally Reflected Cherenkov light) wird zu einem großen Maß durch chromatische Dispersion beeinflusst. Es stehen diverse Filter zur Verfügung, welche zu vermessen und auf mögliche Schädigung durch ionisierende Strahlung hin zu untersuchen sind. Zudem besteht die Möglichkeit, unerwünschte chromatische Dispersion durch Verwendung unterschiedlicher Materialien und Optimierung des Strahlengangs abzuschwächen und somit die Genauigkeit der Vorhersagen zu erhöhen.
  

• Teilchenidentifikation mit Methoden des Maschinellen Lernens
  In den betrachteten Detektorsystemen werden unterschiedliche Teilchen durch ihren Cherenkov-Winkel separiert. Neben einer möglichen geometrischen Rekonstruktion bieten sich hierfür auch Methoden des Maschinellen Lernens an, um auch bei hohem Rauschanteil eine möglichst gute Vorhersage zu erhalten. Hierfür soll u.a. ein systematischer Vergleich der verschiedenen Methoden durchgeführt werden, um eine exzellente Teilchenidentifikation zu ermöglichen.
  

• Vermessung der fokussierenden Lichtleiter für DIRC Prototypen
  Fokussierende Lichtleiter (FELs) sind eine speziell für den Endcap Disc DIRC designte Optik, welche eine Winkelinformation in eine Ortsinformation umwandeln. Die Arbeitsgruppe verfügt über hochpräzise FELs der zweiten Generation, welche im Hinblick auf ihre Performance zu vermessen sind. Hierzu kann ein bereits existierender Messstand verwendet, bzw. weiterentwickelt werden.

• Entwicklung eines Messaufbaus zur präzisen optischen Kopplung von Detektor-Komponenten
  Optische Systeme von DIRC-Detektoren erfordern eine präzise Kopplung zwischen dem jeweiligen Radiator, in dem die Cherenkov-Photonen erzeugt werden, und den Fokussierelementen, wo die Photonen detektiert werden. Zur Kontrolle der Kopplung sollen verschiedene Möglichkeiten evaluiert und ein geeignetes System entwickelt werden.

• Vermessung von hochauflösenden Photosensoren
  Um die benötigte Auflösung des Detektors zu erreichen, werden neben der präzisen Optik auch hochauflösende Photosensoren benötigt. Ziel ist eine Messung von Einzel-Photonen mit einer hohen Orts- und Zeitauflösung. Diese und andere Spezifikationen sollen für MCP-PMTs (hochspannungsbasierte Vakuumröhren) und SiPMs (silizium-basierte Niedrigspannungs-Photodioden) vermessen und verifiziert werden.
  

• Spurrekonstruktion kosmischer Myonen zur Evaluierung eines Endcap Disc DIRC Prototyps
  Die Arbeitsgruppe hat mit der Gießen Cosmics Station (GCS) einen Teststand zur Spurrekonstruktion kosmischer Myonen entwickelt, der für viele hier dargestellte Projekte eingesetzt werden kann. Mithilfe der rekonstruierten Spuren kann beispielsweise die Einzelphotonenauflösung des Detektors bestimmt werden.

• Entwicklung eines Detektor-Kontrollsystems
  Zur Überwachung von Detektor-Komponenten im Langzeitbetrieb ist die Entwicklung eines Detektor-Kontrollsystems erforderlich. Um beispielsweise die Degeneration von MCP-PMTs während der Laufzeit des Detektors zu erkennen, ist ein Laser-Kalibrationssystem vorgesehen. Dieses kann in der GCS entwickelt werden.

• Verschiedene Simulationen zur Detektor-Performance
  Es existieren diverse Möglichkeiten im Bereich Monte-Carlo-Simulationen zu Cherenkov-Detektoren. Hierzu wird anhand geeigneter Software das Verhalten des Detektors für verschiedene Szenarien simuliert. Außerdem können Physikkanäle bzw. die Nützlichkeit des jeweiligen Detektors in Bezug die verschiedenen physikalischen Fragestellungen hin untersucht werden.

• Weitere Themen (gerne nach Rücksprache und eigener Interessenlage)
  Datenauslese und Verarbeitung (TOFPET ASIC), Optik/Laser, Photonendetektion, Datenanalyse. Details können mit Marc Strickert und Michael Düren besprochen werden.

• Allgemeine Themen im Rahmen des ATLAS Experiments:
  (Betreuung Düren/Stenzel/Schmidt/Caforio)
  
  
  • Produktion von W- und Z-Bosonen bei ATLAS
  • Luminositätsbestimmung bei ATLAS unter Nutzung elastischer Protonstreuung
  • Messung des totalen diffraktiven Wirkungsquerschnitts bei ATLAS
  • Datenanalyse zur elastischen Streuung mit dem ATLAS-ALFA Detektor am CERN LHC Beschleuniger
  • Upgrade des ATLAS Detektors für den HL-LHC mit dem HGTD-Detektor für eine schnelle Zeitmessung
  
  Themen für Bachelor-Studierende:
  
  
  • Analyse und Simulation von ALFA Daten
    200 Meter vor und hinter dem Kollisionspunkt des ATLAS Experiments am CERN stehen die Subdetektoren „ALFA“ zur Messung elastisch gestreuter Protonen unter kleinsten Winkeln.  Die Daten wurden in speziellen Läufen des LHC bei verschiedenen Schwerpunktenergien aufgezeichnet. In unserer Arbeitsgruppe werden alle Aspekte der Datenanalyse bearbeitet. Diese beinhalten die Messung der elastischen Proton-Proton Streuung bei kleinsten Streuwinkeln zur Bestimmung von fundamentalen Physik-Größen wie dem totalen Wirkungsquerschnitt. Ansprechpersonen sind Hasko Stenzel und Michael Düren.
  • Entwicklung des neuartigen HGTD Detektors für eine schnelle Zeitmessung am ATLAS Experiment
    Für die nächste Ausbaustufe des LHC bei höchster Luminosität wird zur Unterdrückung von Untergrundprozessen eine Messung der Zeitkomponente der produzierten Teilchen benötigt. Dazu werden spezielle Halbleiterdetektoren (LGAD) verwendet. Unsere Gruppe ist in die Entwicklung des Spannungsversorgungssystems für das HGTD involviert. Details können mit Davide Caforio und Michael Düren besprochen werden.
    

• Benötige ich zur Bearbeitung spezieller Themen Kenntnisse, die über die im Studium erlangten hinausgehen?
  Nein. Grundsätzlich wird immer nur erwartet, was im normalen Studienverlauf gelernt wurde. Die nötigen Spezialkenntnisse erlangt man auf dieser Grundlage während der entsprechenden Arbeit.
• Wie sicher bin ich, dass meine Arbeit auch in einer vernünftigen Zeit abgeschlossen wird?
  Sehr. Es wird stark darauf geachtet, dass alle Arbeiten im Umfang so angelegt sind, dass sie in der vorgeschriebenen Zeit auch zu Ergebnissen führen.
• Ist das am Anfang ausgegebene Thema strikt bindend?
  Nein. Sollte sich nach einiger, natürlich nicht zu langer, Zeit herausstellen, dass auf etwas anderem Gebiet spannendere Ergebnisse zu erzielen sind oder es doch eher den eigenen Fähigkeiten entspricht, sind Korrekturen immer noch möglich.

• Aktuelle und abgeschlossene Arbeiten

1. Studienarbeiten
2. Lehramt Wissenschaftliche Hausarbeiten
3. Bachelorarbeiten
4. Masterarbeiten/Diplomarbeiten
5. Doktorarbeiten

• Preise für herausragende Arbeiten
• Panda PhD Prize für Dr. Erik Etzelmüller
• Panda PhD Prize für Dr. Mustafa Schmidt