Thesis topics

Bachelorarbeit, Wissenschaftliche Studien, Masterarbeit, Staatsexamensarbeit in Experimenteller Teilchenphysik

• Multivariate Analyse, Machine Learning und Künstliche Intelligenz
• Optimieren der Datenanalyse zur Teilchensuche und Teilchenrekonstruktion
• Anwendung und Weiterentwicklung von Analyse-Software zur statistischen Datenauswertung

Eine der Forschungsaktivitäten der ATLAS-Gruppe des Instituts für Kern- und Teilchenphysik ist die Suche nach Higgs-Bosonen in supersymmetrischen Erweiterungen des Standardmodells am Large Hadron Collider (LHC). Für diese Teilchensuche steht ein neuer Rekorddatensatz von 150 fb^-1 zur Verfügung, der ausgewertet werden soll.

Beim Zerfall supersymmetrischer Higgs-Bosonen treten häufig Tau-Leptonen im Endzustand auf. Die Suche nach Signalereignissen, die Unterdrückung des Untergrundes und die Erkennung von hadronisch zerfallenden Tau-Leptonen werden laufend optimiert. Dabei kommen Methoden des Machine Learning und statistische Datenauswertung zum Einsatz.

Die Schwerpunkte der Bachelor- oder Masterarbeit können individuell festgelegt werden. Aktuelle Fragestellungen sind die Rekonstruktion der Masse der zerfallenden Higgs-Bosonen, die Optimierung der Rekonstruktion von Tau-Zerfällen aus Teilchenspuren und die Verbesserung der Ereignisselektion für die supersymmetrische Higgs-Suche.

In dem Forschungsprojekt erlernen Sie software-gestützte Methoden der Datenanalyse und Statistik, den Einsatz von Machine-Learning-Tools, sowie die Funktionsweise moderner Teilchendetektoren.

Voraussetzung für die Arbeit sind Kenntnisse der Grundlagen der Teilchenphysik. Gute Kenntnisse in einer objektorientierten Programmiersprache sind empfehlenswert.

© CERN

Bachelorarbeit, Wissenschaftliches Arbeiten, Masterarbeit, Staatsexamensarbeit in Experimenteller Teilchenphysik

• Machine Learning und Künstliche Intelligenz
• Optimieren der Energiemessung des Kalorimeters
• Programmieren oder Simulation elektronischer Signalprozessoren
• Statistische Analyse von Messdaten

Das Flüssig-Argon-Kalorimeter des ATLAS-Detektors soll in einer zukünftigen Ausbaustufe mit einer neuen Auslese-Elektronik ausgestattet werden. Dabei werden die Signale des Kalorimeters mit höherer Energie- und Ortsauflösung ausgelesen, so dass man die bei den pp-Kollisionen entstehenden Teilchen besser erkennen und rekonstruieren kann. Ziel ist z.B. die verbesserte Erkennung von weiteren Higgs-Bosonen, die mit dem ATLAS-Detektor gesucht werden.

Diese Teilchenerkennung muss in Echtzeit erfolgen und jede Entscheidung darf nicht länger als ca. 0,5 μs dauern. Daher werden modernste und schnelle, programmierbare FPGA-Schaltkreise zur Signalerkennung genutzt. Wir setzen dabei Deep-Learning und Methoden der künstlichen Intelligenz ein, um die Messungen zu optimieren.

In der Bachelor- oder Master-Arbeit soll die Energierekonstruktion der ATLAS-Kalorimeter mit Machine-Learning-Ansätzen weiter verbessert werden.

In dem Forschungsprojekt erlernen Sie den Einsatz von Machine-Learning-Tools (keras), universelle, software-gestützte Datenverarbeitung, sowie die grundlegenden Funktionsweisen moderner Teilchendetektoren und elektronischer Auslesesysteme. Interessierte können auch die Hardware-Programmiersprache VDHL kennenlernen.

Voraussetzung für die Arbeit sind Kenntnisse der Grundlagen der Teilchenphysik und Motivation, sich in die Methoden des Machine-Learning einzuarbeiten. Grundkenntnisse einer Programmiersprache sind von Vorteil.

© CERN

© IKTP

Bachelorarbeit, Wissenschaftliche Studien, Masterarbeit, Staatsexamensarbeit in Experimenteller Teilchenphysik

• Messung von Energie-Zeit-Spektren mit Kristall- Szintillationsdetektoren und modernen Photodetektoren
• Detektorauslese mit digitaler Datenerfassung
• Weiterentwicklung von Rekonstruktionsmethoden und Detektorsimulation

Das Forschungszentrum Oncoray betreibt in Dresden ein neues Proton-Cyclotron, mit dem Protonen für medizinische Strahlentherapie auf bis zu 230 MeV kinetischer Energie beschleunigt werden können. Mit dem Protonbeschleuniger können Protonen auch für experimentelle Anwendungen genutzt werden.

In der Bachelor- oder Master-Arbeit sollen neue Methoden zur Messung der Bestrahlungsintensität und der Ortsdosisleistung untersucht werden. Die Protonen erzeugen bei der Bestrahlung sekundäre Gamma-Strahlung, so dass aus der präzisen Bestimmung der Energie- und Zeitspektren der erzeugten Photonen die lokale Dosisleistung bestimmt werden kann.

Die Arbeit soll sich mit einem von zwei interessanten Themengebieten befassen: mit der Messung von Energie-Zeit-Spektren mit Hilfe von Kristall- Szintillationsdetektoren und Halbleiter-Photodetektoren oder mit der Weiterentwicklung der lokalen Dosisrekonstruktion anhand von Simulationen.

In dem Forschungsprojekt erlernen Sie den Betrieb von Teilchendetektoren einschließlich der digitalen Datenerfassung und Signalverarbeitung. Sie befassen sich außerdem mit der physikalischen Interpretation der Messdaten.

Voraussetzung für die Arbeit sind Kenntnisse der Grundlagen der Teilchenphysik und Interesse an Detektor- und Messtechnik.  Für die Dosisrekonstruktion und Simulation sind Grundkenntnisse einer Programmiersprache von Vorteil.  

Bachelorarbeit oder Staatsexamensarbeit in Experimenteller Teilchenphysik

• Messung mit Szintillationsdetektoren und modernen Photodetektoren
• Detektorauslese mit digitaler Datenerfassung
• Datenanalyse und Interpretation von Messdaten

Das IKTP bietet verschiedene Praktikumsversuche im Fortgeschrittenen- und Laborpraktikum an. Diese werden kontinuierlich verbessert oder durch Neuaufbauten erweitert. Ziel ist es dabei, moderne Detektoren und elektronische Datenauslese einzusetzen, so dass die Studierenden forschungsnah experimentieren können.

Derzeit soll der  Versuchsaufbau zur Messung der Myonlebensdauer neu konzipiert werden. Mit modernen Silizium-Photomultipliern soll der Nachweis der Lichtsignale der Szintillationsdetektoren, die das Durchqueren von Myonen anzeigen, verbessert werden. Die Auslese erfolgt über einen schnellen Analog-Digitalwandler "DRS4". So soll das Start- und Stop-Signal der Lebensdauermessung stabilisiert werden, um die Messunsicherheiten gegenüber dem derzeitigen Aufbau grundlegend zu verringern.

In dem Forschungsprojekt erlernen Sie den Betrieb von Teilchendetektoren einschließlich der digitalen Datenerfassung und Signalverarbeitung. Sie befassen sich außerdem mit der physikalischen Interpretation der Messdaten, der Datenanalyse und der Simulation von Teilchendetektoren.

Voraussetzung für die Arbeit sind Kenntnisse der Grundlagen der Teilchenphysik. Bei Detektoraufbauten ist Interesse an Detektor- und Messtechnik erwünscht, und bei Aufgaben zur Datenanalyse und Detektorsimulation sind Programmierkenntnisse von Vorteil.