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Search for antihelium nuclei in cosmic rays with the AMS-02 experiment on the International Space Station = Suche nach Antiheliumkernen in Kosmischer Strahlung mit dem AMS-02-Experiment auf der Internationalen Raumstation
2023 & 2024
Dissertation, RWTH Aachen University, 2023
Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University 2024
Genehmigende Fakultät
Fak01
Hauptberichter/Gutachter
;
Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2023-11-15
Online
DOI: 10.18154/RWTH-2023-10864
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/973566/files/973566.pdf
Einrichtungen
- Lehrstuhl für Experimentalphysik I B und I. Physikalisches Institut (131410)
- Fachgruppe Physik (130000)
Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
AMS-02 (frei) ; antihelium (frei) ; astroparticle physics (frei) ; cosmic rays (frei)
Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 530
Kurzfassung
Weltraumgestützte magnetische Spektrometer ermöglichen die präzise Messung von Antimaterieteilchen in kosmischer Strahlung. Damit bieten sie einen einzigartigen Einblick in seltene Prozesse and exotische Quellen von kosmischer Strahlung. Während Positronen und Antiprotonen im Energiebereich von GeV bis TeV bereits präzise vermessen sind, gibt es bislang keine Messung schwererer Antikerne in kosmischer Strahlung. Diese Dissertation beschreibt eine Suche nach Antihelium in den von AMS in den ersten zehn Jahren gemessenen Daten im Rigiditätsbereich von 2 bis 500 GV. Um eine hohe Sensitivität zu erreichen wird die gesamte Detektorakzeptanz, aufgeteilt in vier Ereignistopologien, und eine effiziente Heliumselektion verwendet. Der Untergrund durch Heliumteilchen mit falsch konstruiertem Ladungsvorzeichen wird mithilfe eines multivariaten Schätzers reduziert. Die Herausforderung dieser Analyse besteht vor allem darin, den Untergrund durch Heliumereignisse richtig abzuschätzen. Dafür wird das Spektrum des multivariaten Schätzers, trainiert mit Monte-Carlo-simulierten Heliumereignissen, eingesetzt und sichergestellt, dass alle im Schätzer verwendete Information korrekt simuliert wird. Die Anzahl an Antiheliumteilchen wird mit zwei Methoden bestimmt, eine schnittbasierte Analyse und eine Templateanpassung. Es ist kein Überschuss von Antiheliumereignissen zu finden und eine Obergrenze des Verhältnisses von Antihelium- zu Heliumereignissen von 4.10 × 10⁻⁹ von 2 bis 500 GV auf dem 95%-Konfidenzniveau wird berechnet.The advent of spaceborne magnetic spectrometers has enabled high-precision measurements of antimatter particles in cosmic rays. These offer a unique insight into rare processes and exotic sources of cosmic rays. While the positron and antiproton spectrum in the GeV to TeV energy range have been measured precisely, no measurement of heavier antinuclei in cosmic rays exists to this day. This thesis presents a search for antihelium in the rigidity range from 2 to 500 GV in the dataset measured by AMS in its first ten years. High sensitivity is achieved by splitting the full detector acceptance into four event topologies and applying an efficient helium selection, while reducing the background from charge confused helium particles with a multivariate charge confusion estimator. The main challenge in this analysis is accurately estimating the remaining background from charge confused helium. For this, the spectrum of the multivariate estimator on monte carlo simulated background events is used, while ensuring that the information used by the estimator is simulated correctly. The number of antihelium events is determined by two methods, a cut-based analysis and a template fit. No excess of antihelium is found, and an upper limit on the ratio of antihelium to helium events of 4.10 × 10⁻⁹ from 2 to 500 GV at 95 % confidence level is calculated.
OpenAccess: 
PDF
(zusätzliche Dateien)
Dokumenttyp
Dissertation / PhD Thesis
Format
online
Sprache
English
Externe Identnummern
HBZ: HT030614676
Interne Identnummern
RWTH-2023-10864
Datensatz-ID: 973566
Beteiligte Länder
Germany
