The time development of hadronic showers and the T3B experiment
Der Compact Linear Collider (CLIC) ist ein zuk\xfcnftiger e+e- Beschleuniger mit einer Kollisionsenergie von bis zu 3 TeV und \neiner Kollisionsrate der Teilchenb\xfcndel von 2 GHz. Damit stellt CLIC besondere Anforderungen an ein Gesamtdetektorsystem. Die \nAkkumulation von Hintergrundereignissen - wie zum Beispiel aus Beamstrahlung resultierende gamma gamma -> Hadronen Interaktionen \n- soll durch eine zeitaufgel\xf6ste Teilchendetektion in allen Subdetektorsystemen minimiert werden. In der Ereignisrekonstruktion wird die \npr\xe4zise Zuordnung von Ereignissen zu einer kleinen Anzahl aufeinanderfolgender Teilchenb\xfcndelkollisionen insbesondere durch die \nKalorimeter unterst\xfctzt indem man Energiedepositionen einen genauen Zeitstempel zuweist. Andererseits ist die Zeitentwicklung von \nhadronischen Schauern nicht instantan. Die Anforderungen an die Energieaufl\xf6sung der Kalorimeter machen eine Integration \xfcber einen \nausgedehnten Zeitraum unabdingbar. Wolfram ist eines der dichtesten Materialien und soll als Absorber verwendet werden um Teilchenschauer \nauf engstem Raum und innerhalb der Kalorimeter zu stoppen. Gegenw\xe4rtig ist die zeitaufgel\xf6ste Propagation hadronischer Schauer in \nWolfram experimentell jedoch noch nicht hinreichend erforscht. \nDas T3B Experiment (Tungsten Timing Test Beam) wurde im Rahmen dieser Arbeit entworfen und konstruiert. Es besteht aus einer Kette von 15 \nSzintillatorkacheln, deren Lichtsignal durch Photosensoren (SiPMs) detektiert und durch Oszilloskope mit einer Abtastrate von \n1.25 GHz digitalisiert wird. Das Experiment wurde daf\xfcr entwickelt die Zeitstruktur hadronischer Schauer zu vermessen und \nherauszufinden wie stark versp\xe4tete Energiedepositionen innerhalb eines Schauers beitragen. Der T3B Kachelstreifen wurde hinter zwei \nPrototypen f\xfcr Hadronenkalorimeter der CALICE Kollaboration montiert, die mit einer Stahl- bzw. \nWolframabsorberstruktur ausgestattet waren. \nDas T3B Experiment hat w\xe4hrend der CALICE Teststrahlphase 2010/2011 am PS und SPS des CERN Hadronenschauer in einem Energiebereich von \n2-300 GeV zeitlich vermessen. Eine f\xfcr den Teststrahlbetrieb optimierte Software zur Datennahme wurde neu konzipiert. \nDie Entwicklung eines neuartigen Softwarealgorithmus zur zeitlichen Dekomposition von SiPM-Signalen erlaubte es, den Detektionszeitpunkt \neinzelner Photonen und somit Schauer mit einer zeitlichen Pr\xe4zision von 1 ns zu studieren. \nDas T3B Experiment konnte eine erh\xf6hte sp\xe4te Schaueraktivit\xe4t in Wolfram relativ zu Stahl nachweisen. Hierzu wurde eine detaillierte \nUntersuchung der Zeitverteilung der Energiedepositionen bem\xfcht. Au\xdferdem wurde beobachtet, dass der relative Einfluss von sp\xe4ten \nEnergiedepositionen radial mit der Distanz zur Schauerachse zunimmt. Diese Zunahme ist in Wolfram wesentlich st\xe4rker ausgepr\xe4gt als in \nStahl. \nEs konnte nachgewiesen werden, dass das f\xfcr Simulationen am LHC und f\xfcr den Gro\xdfteil der Physikstudien f\xfcr CLIC standardm\xe4\xdfig \nverwendete hadronische Schauermodell QGSP_BERT sp\xe4te Energiedepositionen systematisch \xfcbersch\xe4tzt. Neu entwickelte Modelle mit \nspeziellem Augenmerk auf niederenergetischen Neutronen reproduzieren die Daten besser. Im Bezug auf die Energie einfallender Teilchen in \neinem Bereich von 60-180 GeV konnten keine signifikanten Unterschiede im Rahmen der Messunsicherheiten nachgewiesen werden.