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000197540 1001_ $$0P:(DE-82)167645$$aMillinger, Mark$$b0$$eAuthor
000197540 245__ $$aThe discrimination between cosmic positrons and protons with the Transition Radiation Detector of the AMS experiment on the International Space Station$$cvorgelegt von Mark Millinger$$honline, print
000197540 246_3 $$aDie Unterscheidung zwischen kosmischen Positronen und Protonen mit dem Übergangsstrahlungsdetektor des AMS-Experiments auf der Internationalen Raumstation$$yGerman
000197540 260__ $$aAachen$$bPublikationsserver der RWTH Aachen University$$c2012
000197540 300__ $$aXIII, 186 S. : Ill., graph. Darst.
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000197540 5203_ $$aDas Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung und Validierung einer Methode zur Teilchenidentifikation mit dem Übergangsstrahlungsdetektor (Transition Radiation Detector, TRD) des Alpha Magnetic Spectrometer AMS-02, um die Bestimmung des Positronanteils im Leptonfluss der kosmischen Strahlung zu ermöglichen. Unabhängige astrophysikalische und kosmologische Messungen deuten darauf hin, dass ein signifikanter Anteil von etwa 23% der Energiedichte des Universums aus einer unbekannten Form von Materie besteht, der sogenannten Dunklen Materie. Das Neutralino, als der bekannteste Kandidat für Dunkle Materie, kann ein zusätzliches Signal im Spektrum der kosmischen Strahlung erzeugen. Der Anteil an Positronen im Leptonfluss kosmischer Strahlung scheint ein solches Signal Dunkler Materie bei hohen Teilchenimpulsen zu enthalten. Die derzeit präzisesten Daten im Bereich des Überschusses wurden dabei von den beiden satellitengestützten Detektoren PAMELA und Fermi geliefert. Impulsabhängige, systematische Unsicherheiten, die insbesondere aus der Fehlrekonstruktion von Protonen als Positronen entstehen, können das erwartete Signal imitieren. Entsteht dieser Überschuss an Positronen jedoch aufgrund von Dunkler Materie, so sollte dieser Anteil ab einer theoretischen Energieschwelle wieder auf den erwarteten Verlauf gemäß der Teilchenpropagation sinken. Der bisher vermessene Energiebereich zeigt diesen Verlauf nicht. Die Signatur soll mit AMS-02, welches einerseits eine wesentlich höhere Statistik erreichen wird und andererseits Teilchen bis zu höheren Energien vermessen kann, überprüft werden. Die Anzahl an Ereignissen, die mit einem Detektor aufgezeichnet werden kann, wird zum Einen durch die Kombination aus Apertur und beobachtbarem Raumwinkel, quantifiziert durch die geometrische Akzeptanz, und zum Anderen durch die Messdauer limitiert. Da der kosmische Teilchenfluss als Funktion des Teilchenimpulses in etwa einem Potenzgesetz mit Exponent gamma fast gleich -3 folgt, ist somit der beobachtbare Impulsbereich nach oben hin eingeschränkt. Durch seine große geometrische Akzeptanz von etwa 0.5 m2 sr, seiner langen Messdauer von mindestens 9 Jahren und seines hohen Protonunterdrückungsfaktors von mehr als 1000000 wird AMS-02 umfangreiche und saubere Leptondaten aufzeichnen und damit zur präzisen Vermessung des Positronanteils der kosmischen Strahlung bis zu hohen Teilchenimpulsen von bis zu 1 TeV beitragen. Um den hohen Unterdrückungsfaktor von Protonereignissen zu hohen Impulsbereichen hin zu erreichen, wird die Kombination aus elektromagnetischem Kalorimeter (ECAL) und TRD verwendet. Diese Arbeit beschreibt die Teilchenidentifikation mit dem TRD und bestimmt ihre Güte anhand von vorselektierten Ereignissen aus Daten, die bei einem Strahltest vor dem Transport zur Raumstation genommen wurden, und dem auf der Internationalen Raumstation gesammelten Datensatz. Die dafür benötigten Algorithmen zur Ereignisrekonstruktion, Detektorkalibrierung und Teilchenidentifikation werden diskutiert. Anhand der TRD-unabhängigen Vorselektion von Ereignissen wird der atmosphärische Myonfluss vermessen. Dies erfolgt durch die Kombination von Myonereignisrate, die auf Meereshöhe am Kennedy Space Center aufgezeichnet wurde, und der in Simulationen ermittelten Detektorakzeptanz. Zusätzlich werden die niederenergetischen Daten, die auf der Internationalen Raumstation gemessen wurden, dazu verwendet, das geomagnetische Feld zu untersuchen. Hierbei wird die Impulsschwelle als Funktion von geodätischem Längen- und Breitengrad bestimmt, unter der Teilchen so stark im Erdmagnetfeld abgelenkt werden, dass sie den Detektor nicht mehr erreichen können. Die Güte der TRD Ereignisrekonstruktion in vorselektierten Datenereignissen wird mit Simulationen verglichen. Die Effizienz von aufeinanderfolgenden Schritten der Ereignisrekonstruktion, die in geometrische Effekte, Spurrekonstruktion, Qualitätsselektion und Abgleich von Spuren unterteilt werden, wird bestimmt. Die auf einer Spur deponierte Energie wird zur Unterscheidung zwischen Proton- und Leptonereignissen verwendet. Um ein invariantes Signal der deponierten Energie zu gewährleisten, werden Kalibrierungsalgorithmen eingeführt, die die Veränderung der Signalhöhe durch die Signalverstärkung, der Weglänge und des Teilchenimpulses korrigieren. Die Güte der Kalibrierungsalgorithmen wird in Studien zur Signalstabilität und deren Einfluss auf die TRD Teilchenidentifikation untersucht. Die in dieser Arbeit durchgeführten Studien zur Effizienz und Protonunterdrückung des TRD sind entscheidende Schritte für eine präzise Vermessung von kosmischen Leptonflüssen und deren Positronanteils.$$lger
000197540 520__ $$aThe aim of this thesis is the development and validation of a particle identification method with the Transition Radiation Detector (TRD) of the Alpha Magnetic Spectrometer AMS-02 to allow for the determination of the positron fraction in the cosmic lepton flux. Independent measurements indicate that a significant amount of about 23% of the energy density in the universe consists of an unknown mass contribution, the so-called Dark Matter. The Neutralino, as the most popular Dark Matter particle candidate, may produce an additional signal in the spectrum of cosmic rays. The fraction of positrons in the cosmic lepton flux possibly contains such a Dark Matter signal at high particle momenta. The currently most precise measurements in the region of this excess are provided by the satellite-borne PAMELA and Fermi detectors. Momentum-dependent systematic uncertainties, especially the mis-identification of protons as positrons, could imitate the signal. However, if this positron excess is produced by Dark Matter the fraction should decrease above a theoretical energy threshold to the expectations, based on particle propagation. The energy region measured up to now does not show such a progress. Due to its significantly increased event statistics and its capability to measure up to higher particle energies, this signature could be observed with AMS-02. The number of events, which can be recorded by a detector, is limited by the combination of aperture and observable solid angle, quantified by the geometrical acceptance, and the observation time. As the cosmic particle flux follows a power-law in particle momentum with exponent gamma almost equal to -3, the observable momentum interval is thus constrained by statistics. Due to its large geometrical acceptance of about 0.5 m2 sr, its long observation time of at least 9 years and its high proton suppression factor of 1000000 AMS-02 will record large and clean lepton samples and thus provide a precise measurement of the cosmic positron fraction up to particle momenta less or equal to 1 TeV. The combination of electromagnetic calorimeter (ECAL) and TRD is necessary to provide the high proton suppression factor at high momenta. This work describes the particle identification with the TRD and evaluates its performance on pre-selected events from a dataset taken on the International Space Station and from data, which have been recorded in a beamtest before the transport to the space station. The necessary algorithms, starting from event reconstruction through detector calibration up to particle identification are discussed. The TRD independent event pre-selection is used to determine the sea-level muon flux by the combination of muon event rate, as recorded on ground at Kennedy Space Center, and detector acceptance, extracted from simulations. Additionally, low-energy data recorded on the International Space Station is used to investigate the geomagnetic field. Here, the rigidity cutoff, below which particles are deflected by the geomagnetic field too much to reach the detector, is determined as function of geodetic latitude and longitude. The performance of the TRD event reconstruction on pre-selected data event samples is compared to simulations. The efficiency of consecutive reconstruction steps, assigned to geometric effects, event reconstruction, quality selection and matching of tracks is determined. The energy depositions on a track are used to disentangle lepton and proton events. Calibration algorithms are introduced to provide invariant energy deposition signal by correcting for the signal variation due to gas gain, path length and particle momentum. The performance of the calibration algorithms is evaluated by signal stability studies and their impact on the TRD particle identification performance. The TRD efficiency and proton suppression studies performed in this work are crucial steps towards the precise measurement of cosmic lepton fluxes and the cosmic positron fraction.$$leng
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