Open Thesis Topics

The Standard Model predicts a radiation amplitude zero (RAZ) in the leading-order production of two transversally polarized W- and Z-bosons. Recently the Sherpa event generator has been given the ability to be able to produce events with a specified polarization. In this thesis, we would like to study the modelling of the RAZ within Sherpa. Points of interest are its presence/absence for the different polarizations, visibility/location for different variables and the effects of higher-order corrections.

Artificial neural networks are used by many analyses to greatly increasing the sensitivity of measurements. Typically, they are trained to perform a binary classification, deciding whether a given event belongs to the signal or a background process. For the vector boson polarization analysis, we would like to study the performance of neural networks that are instead tasked to do a multi-class classification, e. g. simultaneously separating different vector boson polarizations, prompt and non-prompt backgrounds.

The production of two photons and two jets with purely electroweak couplings process could be an excellent source of quartic gauge coupling including two W bosons and two photons. These types of couplings allow studies on electroweak symmetry breaking and possible effects of new physics. The extension of the Standard Model in higher-order mass dimensions so-called Effective Field Theories (EFT) is a way to search for new physics effects. In this thesis, we would like to study the sensitivity of yyjj to the higher-order EFT operators and to set limits on these operators in the yyjj signal phase space.

Investigating the polarization of vector bosons (VB) in VB production processes provides tests for the Standard Model's gauge symmetry structure and the concrete mechanism of electroweak symmetry breaking, as well as sensitivity to new physics. As one of the VB production processes with a very clean signature due to four charged leptons in the final state, the ZZ electroweak production process is very interesting for this purpose. Some literature studies on this process already exist. Since recently, the Monte-Carlo-Eventgenerator Sherpa is able to simulate polarized cross section of vector boson production. The goal of this thesis is to test this new feature with this process. Furthermore, aspects of this process not yet studied, such as the contribution of particle showers, can be investigated.

Triboson production V(->ll)V(->ll)V(->qq) is a component of the signal definition in vector boson scattering, but is sometimes ignored or generated as a separate process. This thesis should study the impact of the triboson component. In particular the effect of dim-8 EFT operators in the quartic vertex should be studied to quantify the effect of ignoring the triboson production in an EFT study.

In the Standard Model Effective Field Theory expansion operators of dim-6 can affect triple gauge couplings. Typically dim-6 operators are well constrained on inclusive diboson analysis. In this thesis, we would like to study the sensitivity to dim-6 operators in new phase space enriched with longitudinally polarized bosons. This new phase space is interesting because it might provide higher sensitivity to operators that couples preferentially to longitudinally polarized bosons.

In the Standard Model Effective Field Theory expansion operators of dim-6 can affect triple gauge couplings. Typically in VBS analysis dim-6 operators are not considered for EFT interpretations as they are better constrained on inclusive diboson analysis. Nevertheless, on the electroweak production of WZjj, diagrams with triple coupling play a role. In this thesis, we would like to quantify the possible effect of the dimension-6 operators when they are evaluated at their best limit value in the WZjj phase space. We will study as well the sensitivity of the WZjj to set limits on dim-6 operators by performing a fit to the data in this region only.

For the WZ fully leptonic resonant search the invariant mass distribution is used to look for a bump. Nevertheless in order to build the invariant mass using detector level information some assumptions are needed. One particularly important assumption we made is the W bosón is on-shell to be able to resolve the issue of the missing neutrino information. In this thesis, we would like to have a study of the impact of this assumption on the resonant mass reconstruction by comparing the detector reconstructed mass and the truth simulated mass.

Todo

(Info folgt.)

In den Daten des Run II am LHC soll in Synergie mit der Gruppe von F. Siegert zum ersten mal der Vektorboson-Streuprozess (VBS-Prozess) W⁺W^- ->  gamma gamma im Endzustand jet-jet-gamma-gamma (jjγγ) untersucht werden. Gegenüber anderen Streuprozessen stellen die größere Statistik dieses Kanals und die Tatsache, dass dieser Endzustand experimentell vollständig rekonstruiert werden kann, einen Vorteil für das Studium von Modellierung und neuen Techniken zur Identifizierung von VBS-Prozessen dar.
Die Messung von VBS-Prozessen ist empfindlich auf die Untersuchung von anomalen quartischen Kopplungen, und der Endzustand jjγγ ist insbesondere empfindlich für neutrale quartische Kopplungen (γγγγ,Zγγγ,ZZγγ) die im Standardmodell verboten sind.

For the search of a heavy resonance that decays X → WZ → lvll, the acceptance×efficiency of the analysis decreases for electrons above signal mass ∼ 2 TeV. The loss occurs as electrons are boosted and get closer together and are removed by the usual electron isolation requirements. Different approaches to recover those events are currently under study. During this thesis we will study the different approaches and investigate the potential gain of including boosted Z→ee events in our search.

In parallel to our analysis of WZ final states at high transverse momentum we want to search for deviations from the Standard Model from new heavy particles decaying into a WZ boson pair.

(More info to come.)

Higgs → yy is an important channel for the discovery and measurement of the Higgs boson, and it needs a solid experimental understanding of isolated photons. This becomes more difficult under the many simultaneous proton-proton collisions (pile-up) that will appear in LHC Run 4. As opposed to calorimeter variables, tracker variables are more robust against this noise and in this thesis we want to study the improvement of isolation definitions based on those variables (p-flow isolation behaviour).

(Details to come)

Es soll ein angeleitetes Rollenspiel für Jugendliche entwickelt und erprobt werden, in welchem die Lernenden Aspekte des wissenschaftlichen Erkenntnisprozesses nachvollziehen und reflektieren können. Der wissenschaftliche Kontext sowie die inhaltliche Schwerpunksetzung kann frei gewählt werden. Es kommen u. a. folgende Schwerpunkte in Frage:

• Kreislauf des wissenschaftlichen Arbeitens – Von der Fragestellung bis zur Veröffentlichung
• Unsicherheiten in der Wissenschaft
• Wissenschaftliche Streitkultur
• Der Prozess des Peer Review

Diese Arbeit soll in Kooperation mit der Didaktik der Physik erstellt werden. Der
Kontext des Rollenspiels muss jedoch nicht ausschließlich die Forschung in der Kern- und Teilchenphysik sein.

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Doktorand, wissenschaftlicher Mitarbeiter

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Philipp Lindenau

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Cosmic@Web ist eine Online-Lernplattform, mit deren Hilfe Daten von echten Experimenten mit kosmischer Strahlung selbständig in Diagrammen dargestellt und ausgewertet werden können. Die Website richtet sich hauptsächlich an besonders interessierte Schüler:innen, die sich forschend mit der Astroteilchenphysik auseinandersetzen möchten.

In dieser Abschlussarbeit soll eine Lerneinheit im Umfang weniger Unterrichtsstunden entwickelt und erprobt werden, in der Cosmic@Web während des regulären Schulunterrichts mit einer gesamten Klasse bzw. einem kompletten Kurs eingesetzt werden kann. Dabei sind unterschiedlichste Fragestellungen, Lernziele und Kontexte denkbar.

Die Arbeit soll in Kooperation mit der Didaktik der Physik erstellt werden. Neben den Betreuenden an der TU Dresden stehen auch externe Ansprechpartner:innen am DESY Zeuthen für die fachliche Unterstützung und insbesondere bei Fragen zu Cosmic@Web zur Verfügung.

Weitere Informationen zu Cosmic@Web:
(1) Webseite des Projekts
(2) Erklärvideo
(3) Konferenzbeitrag (pdf)

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Doktorand, wissenschaftlicher Mitarbeiter

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In der Teilchenphysik existieren für zentrale Begriffe oftmals Synonyme. Beispielsweise wird für Botenteilchen auch die Bezeichnung Austauschteilchen oder Eichboson genutzt. Im Englischen finden sich analog force carrier, messenger particles oder gauge bosons. Es soll erfasst und verglichen werden, wie solche Begriffe in verschiedenen Ländern und Sprachen genutzt werden, dabei sollen auch die Begründungen und der Kontext dieser Nutzungen erarbeitet werden. Die Arbeit soll u.a. in enger Zusammenarbeit mit den beiden International High-School Teacher (HST) Programmen am CERN entstehen. Kosten für Fahrt und Unterkunft werden übernommen.

Diese Arbeit soll in Kooperation mit der Didaktik der Physik erstellt werden.

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Ziel ist es, die Forschung zum Klimawandel mit der Teilchenphysik durch die Auseinandersetzung mit dem CLOUD-Experiment am CERN (siehe 1 und 2) in einer Unterrichtseinheit zu verknüpfen. Dies hat das Potenzial, die Kreativität, das kritische Denken und das Verständnis für die Natur der Wissenschaft bei den Schüler:innen zu fördern und ihr Verständnis der Teilchenphysik durch deren Anwendung in einem realen Kontext zu vertiefen. Die Unterrichtseinheit soll mit einer kleinen Gruppe von Schüler:innen erprobt werden. Die Arbeit soll in Kooperation mit der Didaktik der Physik erstellt werden.

(1) https://www.home.cern/science/experiments/cloud
(2) https://cerncourier.com/a/cloud-experiment-sharpens-climate-predictions/

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Doktorandin, wissenschaftliche Mitarbeiterin

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Farahnaz Sadidi

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Im Netzwerk Teilchenwelt wurde umfangreiches Unterrichtsmaterial zur Teilchenphysik erstellt. Die Erkenntnisse des Standardmodells werden darin mithilfe des Konzepts von Ladungen und Wechselwirkungen beschrieben. Dieser Ansatz, der sich in der populärwissenschaftlichen Literatur und in Schulbüchern bislang kaum widerspiegelt, soll durch geeignete Arbeitsblätter ergänzt werden.

Diese Arbeit soll in Kooperation mit der Didaktik der Physik erstellt werden.

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Doktorand, wissenschaftlicher Mitarbeiter

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Philipp Lindenau

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Mitgestaltung und Weiterentwicklung des ATLAS Open Data Portal am CERN (http://opendata.cern.ch/) mit folgenden Aufgaben zur Auswahl:

• Mitarbeit und Aufbereitung der Dokumentation zum ATLAS Datensatz
• Implementierung neuer Inhalte im Open data Portal (nur für Programmier-Profis)
• Entwicklung neuer Ideen für die Darstellung von Lerninhalten auf dem Open Data Portal

Die Arbeit soll in Kooperation mit der Didaktik der Physik erstellt werden.

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Philipp Lindenau

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