KIP-Veröffentlichungen

Das Mu3e Experiment ist der Suche nach dem leptonzahlverletzenden Zerfall μ+ → e+e+e− gewidmet. Im Standardmodell der Teilchenphysik ist dieser Zerfall stark unterdrückt und erreicht ein gegenwärtig nicht beobachtbares Niveau, sodass jegliche Observation des Events einen klaren Hinweis auf neue Physik darstellen würde. Da das Experiment eine Einzelereignissempfindlichkeit von 10−16 erzielen soll, sind sowohl eine hohe Myonrate als auch eine exzellente Impuls-,Vertex- und Zeitauflösung des Detektors unabdingbar. Darüber hinaus sind ein tiefes Verständnis der Untergrundkinematik sowie eine hocheffiziente Untergrundunterdrückung nötig. Deshalb wird im ersten Teil dieser Arbeit die Impuls- und Winkelverteilung der enstehenden Untergrund-Elektronen und -Positronen analysiert. Im zweiten Teil wird der Einfluss einer zeitbasierten Ereignisselektion auf die Unterdrückung des häufigsten kombinierten Untergrundes untersucht, wobei eine Modelsimulation genutzt wird. Es werden verschiedene Modelle zur Unterdrückung basierend auf Zeitinformationen verglichen und die erzielte Unterdrückung als Funktion der Auflösungen der Subdetektoren untersucht, wobei der Schwerpunkt auf der zusätzlichen Unterdrückung liegt, die jeder dieser Subdetektoren bieten kann. Unter der Annahme der für das Mu3e Experiment zu erwartenden Auflösungen kann eine Unterdrückung von 76 bei einem Effizienzsniveau von 90% unter Nutzung der Zeitmessung aller drei Subdetektoren erreicht werden.

The Mu3e experiment is dedicated to the search of the rare lepton flavour violating decay μ+ → e+e+e−. In the Standard Model of Particle Physics, the decay is highly suppressed to a currently unobservable level and any observation of the event would be a clear sign of new physics. As the experiment aims for a single event sensitivity of 10−16, a high muon rate as well as an excellent momentum, vertex and time resolution of the detector are necessary. Moreover, a deep understanding of the background kinematics and a high efficient background suppression are indispensable. Therefore, the first part of this thesis analyzes the momentum and angular distribution of the resulting background electrons and positrons. In the second part, the influence of a timing-based event selection on the suppression of the most common combinatorial background is analyzed with the help of a toy model. Different models for suppression based on time information are compared and the achievable suppression as a function of the sub-detector resolutions is investigated, with a focus on the additional suppression each of them is able to provide. Assuming the resolutions as expected for the Mu3e experiment, a suppression of 76 at an efficiency level of 90% can be achieved by combining the time measurement of all sub-detectors.