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Der Silizium-Vertexdetektor für b-tagging bei Belle II
Get PDFDas Belle-Experiment am Forschungszentrum KEK (Tsukuba, Japan) lief erfolgreich von 1999 bis 2010, und bestätigte die theoretischen Vorhersagen der CP-Verletzung. Um die Strahlintensität zu erhöhen ist eine Verbesserung des KEKB-Speicherrings vorgesehen, die 2015 in Betrieb geht. Die Luminosität soll auf 8 x 10 35 cm -2 s -1 gesteigert werden, was in etwa das 40-fache des bisherigen Spitzenwerts ist. Die Verbesserung des Beschleunigers bedingt auch Änderungen am Belle-Detektor im Allgemeinen, und am innersten Spurdetektor, dem SVD (Silicon Vertex Detector), im Speziellen. Der SVD wird komplett ersetzt, da er schon bisher an den Grenzen seiner Leistungsfähigkeit gearbeitet hat. Auch alle anderen Subsysteme werden verbessert und angepasst, was zum neuen Belle II-Experiment führt. Das Ziel von Belle II ist die Suche nach Abweichungen vom Standardmodell der Teilchenphysik durch extrem präzise Messungen von seltenen Teilchenzerfällen, was einen komplementären Ansatz zu den direkten Suchen der hochenergetischen Hadronen-Beschleuniger darstellt. Der verbesserte SuperKEKB-Beschleuniger wird Elektronen und Positronen mit einer Energie kollidieren, die einem angeregten Zustand des Y-Teilchens entspricht. Dieses Teilchen zerfällt ausschließlich in ein B-Meson und sein Antiteilchen. Der Zerfallspunkt dieser Mesonen muss präzise bestimmt werden, was die gemeinsame Aufgabe von Belle II SVD, PXD (PiXel Detector) und CDC (Central Drift Chamber) ist. Das erlaubt die Messung von zeitabhängiger, durch Quarkmischungen bedingter CP-Verletzung. Außerdem misst der SVD die Zerfallspunkte von anderen Zerfallskanälen, die D-Mesonen und Tau-Leptonen enthalten. Die Kollisionsenergie ist mit 10 GeV recht klein, weshalb die dabei entstehenden Teilchen niedrigen Impuls aufweisen und damit stark von Vielfachstreuung beeinflusst werden, wenn sie Sensormaterial durchdringen. Deswegen müssen die im Belle II SVD verwendeten Sensoren im Hinblick auf Materialdicke optimiert werden, während Signalausbeute und Positionsgenauigkeit erhalten bleiben müssen. Die Erfüllung dieser Vorgaben ist durch den Einsatz von dünnen, doppelseitigen Silizium-Streifensensoren möglich. Diese Doktorarbeit beschreibt die physikalische Motivation eine hochintensive B-Mesonen-"Fabrik" und einen hochpräzisen Teilchendetektor zu bauen, und gibt eine Einführung in das Belle II-Experiment, wobei alle beteiligten Detektorsysteme kurz nach Zweck und Funktion beschrieben werden. Der Belle II SVD wird detaillierter erklärt, wobei auf die Themen der mechanischen Struktur, der Sensoren, der Ausleseelektronik und der Kühlung eingegangen wird. Weiters werden die Grundlagen der Halbleiterphysik und der Herstellung von Mikroelektronik beleuchtet, und das Prinzip von einseitigen und doppelseitigen Silizium-Streifensensoren wird detailliert erklärt. Die Hauptaufgabe des Autors war die Entwicklung eines trapezförmigen, doppelseitigen Silizium-Streifensensors für den Vorwärtsbereich des Belle II SVD, angefangen bei den CAD-Zeichnungen bis zur Produktion. Der Autor hat ein Programm entwickelt, mit dem schnell und flexibel rechteckige und trapezförmige doppelseitige Silizium-Streifensensoren entworfen werden können. Mit dieser Software wurde ein ganzer Wafer mit einem Sensor im Originalmaßstab, mehreren Testsensoren zur Layoutoptimierung und Teststrukturen bestückt. Die englische Firma Micron Semiconductor Ltd. produzierte in enger Zusammenarbeit mit dem Autor mehrere Lose an Prototyp-Sensoren. Der Wafer enthält kleine Testsensoren, die speziell für die Optimierung der n-seitigen Streifenisolierung entwickelt wurden. Diese Sensoren erlauben die Untersuchung der p-stop-Isolierungsmethode (in den drei Ausformungen atoll, common, und einer kombinierten Variante) und der p-spray-Isolierungsmethode. Eingehende Untersuchungen dieser Sensoren in Teilchenstrahlen und bei Gamma-Bestrahlungen zeigten, dass die atoll p-stop Methode am besten geeignet ist für die Anwendung in Belle II. Die trapezoiden Sensoren wurden vom Autor eingehend getestet, sowohl im Halbleiterlabor als auch in Teilchenstrahlen, die Alterungsbeständigkeit der Sensoren wurde durch Bestrahlungen und Wärmelastspiel nachgewiesen. Die Erkenntnisse aus den Messungen der Testsensoren und der großen Sensoren wurden in eine Verbesserung des Sensordesigns gegossen, das nach Produktion eines weiteren Prototypen-Loses wieder eingehend evaluiert wurde. Es konnte gezeigt werden dass der Sensor die Ansprüche des Belle II SVD erfüllt, und das Sensordesign wurde für die Produktion freigegeben. Im Zuge der Sensortests reiste der Autor viermal zu Teilchenstrahl-Experimenten an den CERN, und war für die komplette Analyse der genommenen Daten zuständig.The Belle experiment at KEK (Tsukuba, Japan) was successfully operated from 1999 until 2010 and confirmed the theoretical predictions of CP violation. In order to increase the beam intensity, a major upgrade of the KEKB collider is foreseen until 2015. The final goal is to reach a luminosity of 8 x 10 35 cm -2 s -1, which is about 40 times higher than the previous peak value. This also implies changes to the Belle detector and its innermost tracking subdetector, the SVD (Silicon Vertex Detector), in particular. The SVD will be completely replaced, as it had already operated close to its limits in the past. All other subsystems will also be upgraded. This leads to the new Belle II experiment. The aim of Belle II is to search for deviations from the Standard Model of particle physics by providing extremely precise measurements of rare particle decays, thus representing a complementary approach to the direct searches performed at high energy hadron colliders. The upgraded SuperKEKB machine will collide electrons and positrons at the center-of-mass energy of excited states of the Y-particle, which hereafter decays to a B meson and its anti-particle. The decay vertices of these mesons have to be precisely measured by the Belle II SVD, together with the PXD (PiXel Detector) and the CDC (Central Drift Chamber). This allows the measurement of time-dependent, mixing-induced CP asymmetry. In addition, the SVD measures vertex information in other decay channels involving D meson and tau lepton decays. Since the collision energy is quite low (around 10 GeV), the emerging particles have low momentum and are subject to strong multiple scattering when traversing material. Therefore, all sensors of the Belle II SVD have to be optimised in terms of material thickness, while preserving high signal yield and position measurement accuracy. This will be possible by the development of thin, double-sided silicon microstrip sensors. This PhD thesis includes the physics motivation for building a high luminosity B factory and a high precision particle detector, and an introduction to the Belle II experiment, outlining purpose and working principle of the involved subdetectors. More details are given on the Belle II SVD, including mechanical structure, sensors, electrical readout and cooling. Furthermore, the basics of semiconductor physics and silicon processing are reviewed, and the principles of single-sided and double-sided silicon microstrip sensors are explained in detail. The author's main task was to develop a trapezoidal double-sided silicon microstrip sensor for the forward region of the Belle II SVD, from the initial CAD drawings to the production. He developed a software framework aiming at fast and flexible design of double-sided silicon microstrip sensors, both for rectangular and trapezoidal shapes. Using this framework, a whole wafer was equipped with a full-scale trapezoidal sensor, several test sensors for optimising the layout, and test structures. Several batches of prototype sensors were produced by Micron Semiconductor Ltd. in England, in close collaboration with the author. The wafer contains small test sensors dedicated to investigating the strip insulation on the n-side, featuring the p-stop blocking method (in three geometry patterns: atoll, common and a combined variant) and of the p-spray blocking method. These sensors have been extensively tested by the author in particle beams and gamma irradiations, showing that the atoll p-stop pattern is best suited for application at Belle II. The full-scale prototype sensors were thoroughly tested by the author in the semiconductor laboratory and in particle beams, long-term stability has been demonstrated by irradiation and thermal cycling campaigns. The knowledge gained by examining the test sensors and full-scale sensors led to an update of the design of the full-scale sensor. After production of another prototype batch the updated design was evaluated, compliance with the requirements of the Belle II SVD were shown, and the sensor layout was released for production. In the course of the sensor tests the author went to four beam tests at CERN, and performed the analysis of the data taken
Going Beyond Counting First Authors in Author Co-citation Analysis
Get PDFThe present study examines one of the fundamental aspects of author co-citation analysis (ACA) - the way co-citation
counts are defined. Co-citation counting provides the data on which all subsequent statistical analyses and mappings
are based, and we compare ACA results based on two different types of co-citation counting - the traditional type that
only counts the first one among a cited work's authors on the one hand and a non-traditional type that takes into
account the first 5 authors of a cited work on the other hand. Results indicate that the picture produced through this non-traditional author co-citation counting contains more coherent author groups and is therefore considerably clearer. However, this picture represents fewer specialties in the research field being studied than that produced through the traditional first-author co-citation counting when the same number of top-ranked authors is selected and analyzed. Reasons for these effects are discussed
Tracking detector optimization for collider experiments with fast simulation and by analytical methods
No full textThemen dieser Diplomarbeit sind die Entwicklung von Grund auf eines schnellen Monte-Carlo-Simulationsprogramms ("LiC Detector Toy", LDT) für die Optimierung von Spurdetektoren in Hochenergiephysik-Experimenten; dessen Benutzung, um die in dieser Arbeit entwickelten analytischen Näherungsformeln für Impuls- und Richtungsfehler zu überprüfen; sowie für Leistungs- und Optimierungsstudien des ILD-Detektorkonzepts (International Large Detector) und seiner Vorgänger (LDC - Large Detector Concept, GLD - Gaseous Large Detector) am zukünftigen International Linear Collider (ILC). Das Schlusskapitel illustriert die Zusammenarbeit von LDT und dem Programmpaket "RAVE/VERTIGO" für Vertexrekonstruktion.Ein schnelles Simulationsprogramm stellt ein einfach zu bedienendes Werkzeug dar, das von Nicht-Experten ohne Wissen um algorithmische Details bedient werden kann, wobei Benutzerfreundlichkeit und Geschwindigkeit im Vordergrund stehen. Es ist in der Lage, auf flexible und schnelle Art Antworten auf einfache Fragen, Modifikationen der spursensitiven Teile eines Teilchendetektors betreffend, zu geben. Das hat natürlich auch einen Nachteil. Die Simulation der den Detektor durchquerenden Teilchen und die nachfolgende Spurrekonstruktion müssen vereinfacht werden, indem nur die wichtigsten physikalischen Effekte berücksichtigt werden. Das ist allerdings kein Problem in einem frühen Stadium der Detektorentwicklung. Außerdem können die Auswirkungen von lokalen Detektorveränderungen, die mit schnellen Simulationsprogrammen gefunden werden, als Anregung zur Gegenprobe mit vollen Simulationsprogrammen dienen. Schnelle Simulationen sind somit in der Lage, grundlegendes Optimierungspotential in einem Spurdetektor zu entdecken, während die volle Simulation (die nun keine Zeit auf unnütze Variationen aufwenden muss) diese Optimierungen im Detail überprüft and das letzte Wort hat.LDT wird benutzt, um analytische Näherungsformeln zur Spurrekonstruktion zu überprüfen, die als Erweiterung zu schon existierenden entwickelt wurden. Diese Formeln werden danach auf den GLD-Detektor angewandt, wodurch ein Teil dessen Verhaltens auf sehr anschauliche Art erklärt wird. Nachdem LDT durch Vergleich mit anderen schnellen und vollen Simulationsprogrammen bestätigt wurde, wird es benutzt, um die Genauigkeit der Spurrekonstruktion in der Zentralregion des ILD-Detektorkonzepts zu bestimmen, sowie um eine fundierte Verbesserung der Vorwärtsregion vorzuschlagen.Am Ende der Arbeit wird eine erfolgreiche Vertexrekonstruktion mit dem im Hause entwickelten Programmpaket "RAVE/VERTIGO" zur Vertexrekonstruktion durchgeführt; das unterstreicht die Zuverlässigkeit beider Programme.The topic of this diploma thesis is the development from scratch of a fast Monte Carlo simulation tool ("LiC Detector Toy", LDT) for the optimization of tracking detectors in high energy physics experiments; its use to check approximate formulas for momentum and direction uncertainties which have been derived in this diploma thesis; and for performance and optimization studies of the ILD detector concept (International Large Detector) and its forerunners (LDC - Large Detector Concept, GLD - Gaseous Large Detector) at the future International Linear Collider (ILC). Finally, the cooperation of LDT and a vertex reconstruction toolkit (RAVE/VERTIGO) is illustrated.The aim of a fast simulation program is to provide an easy-to-handle tool for non-experts without knowledge of algorithmic details, where usability and speed are the main issues. It intends to answer simple questions concerning modifications of the tracking parts of a particle detector in a fast and flexible way. Of course, this isn't without a downside. The simulation of particles traversing the detector and the subsequent reconstruction of their tracks have to be simplified, disregarding all but the most important physical effects. But at an early stage of detector development this is not a problem. Moreover, the effects of local detector modifications found by fast simulation can serve as an input for full simulation programs for a cross-check.Therefore, fast simulation is deployed for discovering basic optimization potential in a tracking detector; thereafter, full simulation (without the need of spending time in no-promising variants) can check it in detail and has the final say. LDT is used to evaluate approximate formulas for tracking performance, which have been derived as an extension of existing ones. These formulas are herafter applied to the GLD detector, explaining part of its behaviour in a very intuitive way. After LDT has been validated against other fast and full simulation programs, the tool is applied to the ILD detector for pointing out its tracking performance in the barrel region, and for proposing a well-founded improved detector setup in the forward region.This work closes with a subsequent vertex fit, performed by the "RAVE/VERTIGO" vertex reconstruction toolkit (developed in-house), successfully feeding it with tracks from LDT. This emphasises the reliability of both tools.<br /
The CMS high granularity calorimeter for the high luminosity LHC
No full textThe CMS (Compact Muon Solenoid) experiment at CERN will undergo significant improvements during the Phase-II Upgrade to cope with a 10-fold increase in integrated luminosity with the HL-LHC (High Luminosity Large Hadron Collider) era. The forward calorimetry faces very high radiation levels and pileup in the detectors. The CMS collaboration is designing a highly granular calorimeter to replace the existing endcap calorimeters (CE). It features unprecedented transverse and longitudinal segmentation for both electromagnetic (CE-E) and hadronic (CE-H) parts. This will facilitate Particle Flow Algorithms (PFAs), where the structure of showers can be measured and used to enhance pileup rejection and particle identification, whilst still achieving good energy resolution. The CE-E and a large fraction of CE-H will use hexagonal silicon sensors produced from 200 mm (8 inch) wafers, with 192 (432) cells of 1 cm (0.5 cm) size. The rest of the CE-H uses highly-segmented scintillator tiles with on-tile SiPM (Silicon Photomultiplier) readout. An overview of the HGCal (High Granularity Calorimeter) project is presented in this paper with a focus on the silicon sensors. We cover motivation, engineering design, expected performance and the current status of prototypes
Variations on the Author
Get PDF“Variations on the Author” discusses two of Eduardo Coutinho’s recent films (Um Dia na Vida, from 2010, and Últimas Conversas, posthumously released in 2015) and their contribution to the general question of documentary authorship. The director’s filmography is characterized by a consistent yet self-effacing form of authorial self-inscription: Coutinho often features as an interviewer that rather than express opinions propels discourses; an interviewer that is good at listening. This mode of self-inscription characterizes him as an author who is not expressive but who is nonetheless markedly present on the screen. In Um Dia na Vida, however, Coutinho is completely absent form the image, while Últimas Conversas, on the contrary, includes a confessional prologue that moves the director from the margins to the center of his films. This article examines the ways in which these works stand out in the filmography of a director who offers new insights into the notion of cinematic authorship
Appropriate Similarity Measures for Author Cocitation Analysis
Get PDFWe provide a number of new insights into the methodological discussion about author cocitation analysis. We first argue that the use of the Pearson correlation for measuring the similarity between authors’ cocitation profiles is not very satisfactory. We then discuss what kind of similarity measures may be used as an alternative to the Pearson correlation. We consider three similarity measures in particular. One is the well-known cosine. The other two similarity measures have not been used before in the bibliometric literature. Finally, we show by means of an example that our findings have a high practical relevance.information science;Pearson correlation;cosine;similarity measure;author cocitation analysis
Dispelling the Myths Behind First-author Citation Counts
Get PDFWe conducted a full-scale evaluative citation analysis study of scholars in the XML research field to explore just how different from each other author rankings resulting from different citation counting methods actually are, and to demonstrate the capability of emerging data and tools on the Web in supporting more realistic citation counting methods. Our results contest some common arguments for the continued
use of first-author citation counts in the evaluation of scholars, such as high correlations between author rankings by first-author citation counts and other citation
counting methods, and high costs of using more realistic citation counting methods that are not well-supported by the ISI databases. It is argued that increasingly available digital full text research papers make it possible for citation analysis studies to go beyond what the ISI databases have directly supported and to employ more
sophisticated methods
koamabayili/VECTRON-author-checklist: VECTRON author checklist
No full textWe have done our best to complete the author checklist relating to the use of animals in the hut study. Note that the objective for the hut study was to evaluate the IRS treatment applications for residual efficacy against Anopheles mosquitoes, including the local An. coluzzii mosquito population. Cows were only used to attract mosquitoes into the huts and no tests were carried out directly on the cows. The author checklist is intended for use with studies where experiments are carried out on animals, which is why we have had such difficulty in completing this for the hut study, as many of the questions do not relate to how the cows were used
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