KIP-Veröffentlichungen

Thema dieser Diplomarbeit ist die Studie charakteristischer Zerfallsspektren mikroskopischer schwarzer Löcher am LHC unter Verwendung eines neuen Monte-Carlo-Generators, BlackMax sowie die Entwicklung einer Selektionsstrategie. Die Produktion mikroskopischer schwarzer Löcher resultierend aus den Proton-Proton-Kollisionen am Large Hadron Collider (LHC) am CERN könnte erste Hinweise auf die Existenz zusätzlicher Raumdimensionen geben. Mikroskopische schwarze Löcher zerfallen thermisch innerhalb von O(10^-26)s und können mit dem ATLAS-Detektors indirekt anhand charakteristischer Zerfallseigenschaften nachgewiesen werden. Die Signatur eines schwarzen Loches zeichnet sich durch eine hohe Masse und den nahezu demokratischen Zerfall aus. Die Studie der Emissionsspektren unter Verwendung von BlackMax ergab, dass Eigenschaften des schwarzen Loches wie Spin, Ladung und Masse, aber auch Eigenschaften des extradimensionalen Modells die Signatur des schwarzen Loches beeinflussen. Basierend auf diesen charakteristischen Zerfallseigenschaften wurde eine neue Selektionsstrategie entwickelt, welche es ermöglicht, schwarze Löcher weitestgehend Modellunabhängig in einer niedrigen Datenmenge von unter 50 pb^-1 zu entdecken, falls diese existieren. Die Analyse basiert auf der Selektion einer hohen Transversalimpulssumme und der Forderung nach der Anwesenheit von mindestens fünf hochenergetischen Teilchen. Im Vergleich zu bereits existierenden Selektionsstrategien, welche im Rahmen der ’Computing System Commissioning’ (CSC) Studie entwickelt wurden, besticht diese neue Analyse durch die hohe Signaleffizienz bei gleichzeitig starker Untergrundunterdrückung.

Subject of this thesis is the study and selection of the characteristic decay spectra of microscopic black holes at the LHC using a new Monte Carlo generator called BlackMax. The formation of microscopic black holes in the collision of protons at the Large Hardon Collider (LHC) at CERN would indicate the existence of extra spatial dimensions. As microscopic black holes decay thermally within O(10^-26)s, they can only be detected by their decay products inside the ATLAS detector. The decay signature is characterized by its large mass and the almost democratic decay. The study of the emission spectra of micro black holes using BlackMax showed that these are influenced by properties of the black hole like spin, charge and mass and also by the extradimensional model used. Based on these characteristic decay properties, a new selection strategy was developed which allows the discovery of microscopic black holes in early data of ATLAS, i.e. in less than 50 pb^-1 and independent of the model used - if they exist. The analysis requires a large sum of transverse momenta as well as the presence of at least five high energetic particles. In comparison to already existing selection criteria, which have been developed within the ’Computing System Commissioning’ (CSC) study, this new analysis is not only simpler but also an improvement in regard to signal efficiency and significance.