BMBF-Forschungsschwerpunkt ErUM-FSP T03

Im BMBF-Verbundprojekt CMS arbeiten die RWTH Aachen, die Universität Hamburg, das KIT Karlsruhe, die Universität Münster, sowie das DESY (als assoziiertes Mitglied) zusammen an der Erforschung der kleinsten Teilchen mit dem CMS-Detektor am LHC-Beschleuniger des CERN. Unsere Arbeitsgebiete sind:

  • Betrieb des CMS-Detektors,
  • Analyse der CMS-Daten, insbesondere in den Bereichen Higgs-Physik, Top-Physik, neue Physik,
  • Detektor-Upgrades, mit Schwerpunkten auf dem Pixel- und Spurdetektor und den Myonkammern,
  • begleitende theoretische Studien und Rechnungen.

Auf den folgenden Seiten finden Sie Informationen zum Profil des Verbundprojekts, zu den beteiligten Instituten und Gruppen, sowie zu den Forschungsschwerpunkten.

Neueste Meldungen:


Dr. Marcel Riegel gewinnt CMS Thesis Award (29.6.2020)

Dr. Marcel Rieger hat den diesjährigen CMS Thesis Award gewonnen, dafür gratulieren wir ganz herzlich!

Der CMS Thesis Award wird einmal im Jahr verliehen. Ein Komitee aus 15 Physikerinnen und Physikern der internationalen CMS-Kollaboration wertet dafür in einem zweistufigen Prozess jene Promotionen aus, welche vorher nominiert wurden. Die Kriterien sind "impact, original contribution, clarity", also wissenschaftliche Relevanz und Originalität sowie Klarheit in der Darstellung. In diesem Jahr wurden 25 Doktorarbeiten nominiert. Dr. Riegers Promotion konnte rundum überzeugen, und wurde insbesondere für ihre innovativen Aspekte gelobt.

Dr. Marcel Rieger durfte seine Arbeit während des CMS-Kollaborationstreffens am 15.6. vor großem Publikum präsentieren, wenn auch aus aktuellem Anlass bedauerlicherweise nur "virtuell". Zusätzlich zu einer Preisplaquette erhält er von der CMS-Kollaboration die Gelegenheit, seine Arbeit auf einer internationalen Konferenz zu präsentieren, sowie die Möglichkeit, die Doktorarbeit als Springer Thesis zu veröffentlichen.

Dr. Marcel Rieger hat seine Arbeit mit dem Titel "Search for Higgs Boson Production in Association with Top Quarks and Decaying into Bottom Quarks using Deep Learning Techniques with the CMS Experiment" am III. Physikalischen Institut A der RWTH Aachen in der Gruppe von Prof. Martin Erdmann angefertigt. Der Graph rechts zeigt den Prozess, in dem ein Higgs-Boson zusammen mit zwei Top-Quarks erzeugt wird, und das Higgs-Boson in zwei Bottom-Quarks zerfällt. Die Analyse ist sehr schwierig. Dies liegt zum einen an der Komplexität des Endzustands, zum anderen an der geringen Wahrscheinlichkeit (Wirkungsquerschnitt) des Prozesses, in Kombination mit der hohen Wahrscheinlichkeit teils sehr ähnlich aussehender Untergrundprozesse. Der wichtigste Untergrundprozess ist ca. 2800-mal wahrscheinlicher als der Signalprozess! Um das Signal von den insgesamt 5 Untergrundprozessen zu trennen, hat Dr. Rieger sogenannte Tiefe Neuronale Netze (Deep Neural Networks, DNN) eingesetzt. Mit vier verschiedenen DNNs und 6 Ereignisklassen ergeben sich 24 Kategorien von Ereignissen, welche in einer gemeinsamen Anpassung (Fit) analysiert werden. So konnte eine sehr gute Sensitivität erzielt werden.

Event display (grafische Darstellung) des "signalartigsten" Ereignisses, laut Ausgabe des neuronalen Netzes.

Herr Dr. Rieger konnte in den Daten bei einer Schwerpunktsenergie von 13 TeV den gesuchten Prozess mit einer Signifikanz von 2.04 Standardabweichungen nachweisen. Die sogenannte Signalstärke wurde zu 0.98 mit einem Fehler von +0.50 und -0.48 (statistische und systematische Fehler kombiniert) gemessen. Dies ist mit dem erwarteten Werk von 1 kompatibel. Seine Analyse zum gemeinsamen Auftreten von Top-Quarks und Higgs-Bosonen ist einer der wichtigsten Beiträge für die inzwischen publizierten Nachweise der sogenannten Top-Higgs-Kopplung und der Bottom-Higgs-Kopplung.

Weitere Informationen: Link zur Doktorarbeit

CMS-Kollaboration reicht tausendste Veröffentlichung ein (24.6.2020)

Am 19. Juni 2020 hat die CMS-Kollaboration einen historischen Meilenstein erreicht: die tausendste wissenschaftliche Veröffentlichung wurde bei einer Zeitschrift eingereicht. Noch nie in der Geschichte der Hochenergiephysik hat ein Experiment so viele Publikationen erzielt. Gezählt werden hierbei nur Veröffentlichungen der gesamten CMS-Kollaboration in referierten Fachzeitschriften; hinzu kommen noch spezielle technische Publikationen, die z.B. nur von der Tracker-Gruppe veröffentlicht werden, und Konferenzberichte.

Die erste Veröffentlichung von CMS im Jahr 2008 hatte den Titel "The CMS experiment at the CERN LHC " und beschrieb den Aufbau des Detektors. Seitdem werden jedes Jahr ca. 100 Publikationen veröffentlicht. Die berühmteste Veröffentlichung von CMS, die schon über 10000-mal zitiert wurde, behandelt die Entdeckung des Higgs-Bosons und stammt aus dem Jahr 2012.

Eine chronologische Liste aller Publikationen kann man hier finden: Link
Alle Veröffentlichungen mit Kollisionsdaten sind hier nach Thema sortiert grafisch gegen die Zeit aufgetragen: Link
 
Weitere Informationen:
Ausführliche News-Meldung auf der CMS-Homepage: Link

CMS Detector Award für Dr. Stefan Maier würdigt Arbeiten zum Phase-2 Upgrade des Trackers (3.6.2020)

Dr. Stefan Maier mit einem 2S-Modul neben seinem Test-Setup.

Einer von nur zwei Detector Awards des Trackers für 2019 wurde an Dr. Stefan Maier, Wissenschaftler vom KIT Karlsruhe, vergeben, für "[...] outstanding contributions to the upgrade of the Outer Tracker, including development of procedures and systems in 2S module assembly and qualification and the development of a high-rate test stand for the module readout chain." Dr. Maier hat im Rahmen seiner Promotion mehrere Prototypen der neuen sogenannten "2S-Module" für das Upgrade des CMS-Spurdetektors gebaut und die Prozeduren und Werkzeuge verbessert. Außerdem hat Herr Dr. Maier ein Setup entwickelt, in welchem mit Hilfe von LEDs elektrische Pulse mit 40MHz in die Ausleseelektronik injiziert werden. Hierdurch können hohe Spurdichten emuliert werden, und die Module unter hohen Triggerraten getestet werden.

Während der Preis schon im Februar verkündet worden war, sollte die feierliche Verleihung der Preisplakette während der CMS-Woche im April stattfinden. Aufgrund der Schutzregeln im Zusammenhang mit der Covid19-Pandemie musste die CMS-Woche jedoch virtuell stattfinden.

Wir gratulieren ganz herzlich zu diesem Award!

Poster vom ACES-Workshop zum Hochraten-Test: Link

CMS Achievement Award für Pixel-Expertin Dr. Jory Sonneveld (18.2.2020)

Dr. Jory Sonneveld, flankiert von Prof. Roberto Carlin (rechts), dem Sprecher der internationalen CMS-Kollaboration, und Prof. Harrison B. Prosper (links), dem Vorsitzenden des CMS Collaboration Boards.

Dr. Jory Sonneveld von der Universität Hamburg wurde mit einem CMS Achievement Award ausgezeichnet, "for outstanding contributions to and demonstrated leadership in all areas concerning the operation of the CMS pixel detector". Die Preisplakette wurde am 3.2.2020 im Rahmen der CMS-Woche feierlich überreicht. Dr. Sonneveld ist seit Jahren führend am Betrieb des Pixeldetektors beteiligt. Als "Deputy Pixel Operations & Technical Field Manager" ist sie in alle Aspekte des Betriebs des Pixeldetektors involviert, und in ihrer Funktion als "Pixel Safety Manager" ist sie für den sicheren Betrieb des Pixeldetektors zuständig. Außerdem leitet Dr. Sonneveld die Arbeitsgruppe "Tracker Monitoring", welche sich mit der Überwachung des Detektorverhaltens befasst. Herzlichen Glückwunsch!

Doktoranden von der RWTH Aachen, dem KIT Karlsruhe und DESY testen erste voll funktionale Spurdetektor-Module in einem Teststrahl (16.12.2019)

Eines der DCMS-Teststrahlmodule

Vom 25.11. bis zum 8.12.2019 fand am DESY ein Teststrahl-Experiment des CMS-Trackers statt, an dem sich die deutschen CMS-Gruppen intensiv beteiligten. Vier Siliziumstreifen-Module des Outer Trackers für das Phase-2 Upgrade wurden in einem Elektronstrahl getestet. Zum ersten Mal wurden Modulprototypen mit dem finalen Auslesechip und mit einem Service-Hybriden, welcher mit DC-DC-Konvertern bestückt ist und die optische Auslese der Module ermöglicht, im Strahl getestet.

Drei Module übereinander, vor dem Einbau in die Teststrahl-Box

Drei der vier Module wurden von den Gruppen des KIT und der Institute 1B und 3B der RWTH Aachen gebaut und für den Teststrahl zur Verfügung gestellt. Die Service-Hybride wurden vom 1. Physikalischen Institut B der RWTH Aachen entwickelt und gebaut. Die Gruppe vom DESY zeichnete verantwortlich für Design und Bau der Modulboxen: einer Box für ein einzelnes Modul, sowie einer Box, die die anderen drei Module aufnehmen konnte. Das einzelne Modul wurde als "device under test" in der Mitte eines Teleskops platziert, die anderen drei Module an dessen Ende. Das Teleskop erlaubt es, Spuren zu rekonstruieren, und gehört zur Infrastruktur des DESY.

Teleskop mit dem "device under test" in der Mitte, und der Box mit drei Modulen am linken Ende

Mehrere Studenten des KIT, der RWTH Aachen und des DESY nahmen am Strahltest teil, und beteiligten sich an den Vorbereitungen einschließlich Modulbau, an der Inbetriebnahme, sowie am Schichtbetrieb.

Nach der erfolgreichen Datennahme steht nun die Analyse der Daten an, an der sich die DCMS-Gruppen ebenfalls beteiligen werden.

Virtual Visit zum CMS-Detektor bei der Wissenschaftsnacht der RWTH Aachen (9.12.2019)

Am 8. November 2019 fand an der RWTH Aachen die jährliche Wissenschaftsnacht statt, bei der sich die Universität der Öffentlichkeit mit Vorträgen und Ausstellungen präsentiert. Ein Highlight war der "Virtual Visit", also ein virtueller Besuch, des CMS-Detektors, organisiert von Privatdozent Dr. Oliver Pooth (3. Physikalisches Institut B), Prof. Dr. Lutz Feld (1. Physikalisches Institut B), und Prof. Dr. Alexander Schmidt (3. Physikalisches Institut A), mit freundlicher Unterstützung des CMS Virtual Visits Teams. Oliver Pooth führte vor Ort durch die unterirdische und momentan zugängliche Halle in Cessy in Frankreich, in welcher sich der CMS-Detektor befindet, sowie durch die Elektronikräume und den Kontrollraum. Begleitet wurde dies durch Vorträge in Aachen mit Erläuterungen zum CMS-Experiment und zur Higgs-Physik. Geschätzt etwa 700 Besucher aller Altersstufen besuchten die Veranstaltung. Das große Interesse an diesem Thema spiegelte sich auch in einer Vielzahl von Fragen, unter anderem zum Alltag von Physikern, zu Finanzierung und Energieverbrauch, wider.

Der Link zur Seite dieses Virtual Visits, einschließlich einer Aufzeichnung der gesamten Veranstaltung, ist hier zu finden:
Link zur Webseite am CERN



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