BMBF-Forschungsschwerpunkt FSP104-CMS

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:


Erfolgreiches Jahrestreffen 2019 der deutschen CMS-Gruppen am KIT (16.9.2019)

Vom 11.-13.9.2019 trafen sich die Mitglieder der deutschen CMS-Gruppen in Karlsruhe, um aktuelle und zukünftige Aktivitäten zu diskutieren. Mit über 130 Teilnehmern war das Jahrestreffen ausgezeichnet besucht.

Das Jahrestreffen bietet den Bacheloranden, Masteranden und Doktoranden die Gelegenheit, ihre Arbeit in den Bereichen Analyse (Higgs, Top, Standard Model und QCD, Exotica und Supersymmetrie), Computing sowie Detektorentwicklung in den zahlreichen Parallelsitzungen vorzustellen. Über 70 Parallelvorträge dokumentierten das weite Spektrum der deutschen Aktivitäten.

Das Programm wurde abgerundet durch drei Plenarsitzungen. Nach der Begrüßung der Teilnehmer durch den Vizepräsidenten für Forschung des KIT, Prof. Oliver Kraft, fasste Prof. Lutz Feld, Sprecher der deutschen CMS-Gruppen, die deutschen Aktivitäten zusammen. Herr Dr. Wolfgang Ehrenfeld vom PT-DESY erläuterte das Förderprogramm ErUM: Exploration of the Universe and Matter. Ein Highlight war der Vortrag zum Status von CMS von Prof. Roberto Carlin, Sprecher der internationalen CMS-Kollaboration.

In der Abschlussveranstaltung reichte Prof. Ulrich Husemann, Leiter des lokalen Organisationsteams, den Staffelstab an Prof. Alexander Schmidt vom 3. Physikalischen Institut A der RWTH Aachen weiter, der mit seinem Team das Jahrestreffen 2020 ausrichten wird.

Das vollständige Programm ist hier einzusehen: Link

Rektor der RWTH Aachen besucht das CMS-Experiment (8.9.2019)

Der Sprecher der CMS-Kollaboration, Prof. Roberto Carlin, erklärt Rektor Prof. Ulrich Rüdiger den CMS-Detektor.

Am 2.9.2019 besuchte der Rektor der RWTH Aachen, Herr Prof. Ulrich Rüdiger, das CERN. Rektor Rüdiger, selbst Physiker, hatte dabei Gelegenheit, sich über die Ziele des CERN und verschiedene konkrete Aktivitäten zu informieren. Ein Schwerpunkt war der Besuch des momentan zugänglichen CMS-Experimentes, an dem alle drei Institute der Experimentalphysik in Aachen sowie die Theorie beteiligt sind. Der Sprecher der CMS-Kollaboration, Prof. Roberto Carlin, ließ es sich nicht nehmen, den Detektor persönlich zu erklären. Anschließend besuchte Herr Rektor Rüdiger ein Labor des CMS-Trackers, wo Studenten der RWTH Aachen gerade zu einer Messkampagne waren, um ein in Aachen gebautes 2S-Streifenmodul zum ersten Mal - zusammen mit Experten der DAQ-Gruppe - optisch auszulesen. Seinem positiven Eindruck verlieh Herr Rektor Rüdiger in seinem Eintrag in das CERN-Gästebuch Ausdruck, wo er schrieb: "CERN is frontier science, passion, Europe and international cooperation. We are proud being part of it."

Von links nach rechts: Prof. Thomas Hebbeker, Prof. Alexander Schmidt, Herr F. Sonnemann vom Visitor-Service, Prof. Kerstin Borras (vorne), Prof. Stefan Schael (hinten), Prof. Achim Stahl, Rektor Prof. Ulrich Rüdiger, CMS-Sprecher Roberto Carlin, Prof. Lutz Feld.

Christian Dziwok, Doktorand am 3. Physikalischen Institut B der RWTH Aachen, demonstriert die erste Auslese eines kompletten Prototypen eines sogenannten 2S-Siliziumstreifenmoduls.



FSP-Meeting 2019 in Karlsruhe (14.8.2019)

Das diesjährige Jahrestreffen der deutschen CMS-Gruppen findet vom 11. bis zum 13. September am KIT in Karlsruhe statt. Etwa 100 Physikerinnen und Physiker werden dort über neueste Physik-Ergebnisse, Analysetechniken, Detektorentwicklung und den Status des CMS-Detektors diskutieren. Mehrere Parallelsitzungen erlauben den zahlreichen Bachelor-, Master- und Promotionsstudentinnen und -studenten, ihre Arbeiten vorzustellen. In den Plenarsitzungen werden die Schwerpunkte unter anderem auf Machine Learning, Top-Physik, und die Zukunft von CMS gelegt. Wir freuen uns, dass der Sprecher der internationalen CMS-Kollaboration, Roberto Carlin, das DCMS-Meeting besuchen und einen Statusbericht geben wird. Außerdem wird es einen Bericht vom BMBF/Projektträger geben.

Link zur Webseite

Erste Evidenz für die Produktion des Higgs-Bosons in Assoziation mit top-Quarks im Zerfallskanal in bottom-Quarks (24.7.2019)

Unter führender Beteiligung der DCMS-Gruppen vom DESY, KIT und dem 3. Physikalischen Institut A der RWTH Aachen hat CMS eine neue Analyse veröffentlicht, in welcher es gelang, die Produktion des Higgs-Teilchens in Assoziation mit einem top- und einem anti-top-Quark, gefolgt vom Zerfall des Higgs-Teilchens in ein bottom- und ein anti-bottom-Quark, mit einer Evidenz von 3.7 Standardabweichungen zu messen. Im Standardmodell zerfällt das Higgs-Teilchen zwar mit 58% Wahrscheinlichkeit in ein Paar von bottom oder b-Quarks, jedoch ist dieser Zerfallskanal besonders schwer vom Untergrund zu trennen, da b-Quarks sehr viel häufiger durch normale und vergleichsweise uninteressante QCD-Ereignisse erzeugt werden. Dies gelingt nur durch Ausnutzung von Techniken des maschinellen Lernens. So wurden neuronale Netze und Boosted Desicion Trees verwendet.

Für die neue Analyse wurden die Daten verwendet, welche im Jahr 2017 bei einer Schwerpunktsenergie von 13 TeV aufgenommen wurden. Alle Zerfallskanäle der beteiligten top-Quarks wurden berücksichtigt, und die Analysemethoden wurden wesentlich verbessert. Die b-Quarks werden durch sogenanntes b-Tagging identifiziert. Hier wurde einerseits der b-Tagging-Algorithmus verbessert, andererseits profitiert die Identifizierung der b-Quarks auch vom neuen Pixel-Detektor, welcher unter Beteiligung der deutschen CMS-Gruppen gebaut und im Winter-Shutdown 2016/2017 installiert wurde. Dieser Detektor besitzt eine zusätzliche Lage an Pixelmodulen und kann mit höherer Effizienz bei hohen Hitraten messen. Durch diese Verbesserungen sowie die größere Datenmenge konnte die Sensitivität im Vergleich zur Vorgängeranalyse stark verbessert werden. Unter Berücksichtigung der Daten aus dem Jahr 2016 beträgt die Signifikanz für diesen Kanal nun 3.9 Standardabweichungen, und das Verhältnis µ der gemessenen Signalstärke zur Standardmodellerwartung beträgt 1.15 und ist im Rahmen der statistischen und systematischen Unsicherheiten mit dem Standardmodell verträglich, wie im Bild zu sehen ist.

Die deutschen Gruppen konzentrieren sich auf die Kanäle mit einem oder zwei Leptonen, und engagieren sich stark im Bereich b-Tagging. Die Analyse wurde von Dr. Matthias Schröder vom KIT koordiniert.

Weitere Informationen:
Link zur CMS-News

Neue Messung zum Zerfall des Higgs-Bosons in c-Quarks unter Beteiligung der RWTH Aachen (22.7.2019)

Rechtzeitig für die Konferenz der European Physical Society (EPS-HEP 2019), welche vom 10.-17.7. in Ghent stattfand, hat die CMS-Kollaboration eine neue wichtige Analyse zum Zerfall des Higgs-Bosons in Charm-Quarks veröffentlicht. Die Publikation, an welcher Physiker von der RWTH Aachen federführend beteiligt waren, wurde mit einer CERN-Pressemitteilung gewürdigt.

Nach der Entdeckung des Higgs-Bosons 2012 ist es nun wichtig, die Eigenschaften dieses Teilchens möglichst umfassend und präsize zu vermessen und mit der Erwartung aus dem Standard-Modell zu vergleichen. Es wird erwartet, dass das Higgs-Teilchen auch in zwei Charm-Quarks (c-Quarks) zerfällt. Die Kopplung des Higgs-Bosons an Fermionen ist proportional zu deren Masse, was die Vermessung der Kopplung an c-Quarks schwieriger macht als die Vermessung der Kopplung an schwerere Teilchen, wie z.B. top-Quarks. Zusätzlich erschwert wird die Analyse durch einen großen Untergrund von QCD-Ereignissen.

In der publizierten Analyse wurde nach Higgs-Ereignissen gesucht, in welchen das Higgs-Boson zusammen mit einem W- oder Z-Boson produziert wurde (siehe Diagramm rechts), was die Unterdrückung des Untergrunds vereinfacht. Hierbei wird ausgenutzt, dass bei den Zerfällen der W- und Z-Bosonen hochenergetische Leptonen entstehen können, wie in dem simulierten Ereignisbild zu sehen ist. Um die c-Quarks zu identifizieren, mussten spezielle Identifizierungsmethoden entwickelt werden, welche die Eigenschaften der c-Quarks ausnutzen. An dieser Entwicklung war die Gruppe von Prof. Alexander Schmidt vom 3. Physikalischen Institut A der RWTH Aachen führend beteiligt.

Als Ergebnis der Analyse kann momentan ausgeschlossen werden, dass die Produktion von Higgs-Bosonen zusammen mit W- oder Z-Bosonen, gefolgt von dem Zerfall des Higgs-Bosons in ein c-Quark und ein anti-c-Quark, mehr als 70 Mal so häufig wie im Standard-Modell vorhergesagt stattfindet (95% Confidence Level). Zwar ist es noch ein weiter Weg zur Beobachtung dieses Prozesses, doch stellt dieses Ergebnis das momentan weltweit beste Resultat in diesem Kanal dar.

Weitere Informationen:
Link zur CERN-Pressemitteilung
Link zur CMS-News

Aachener CMS-Gruppe organisiert virtuellen Besuch des CMS-Detektors (23.05.2019)

Am 8.5.2019 fand an der RWTH Aachen eine öffentliche Veranstaltung statt, deren Highlight eine Live-Schaltung zum CMS-Detektor war. Solche virtuellen Besuche oder "Virtual Visits" sollen dem Bürger ermöglichen, ein Gefühl für die Größe und Komplexität des Detektors zu bekommen. Momentan ist die Kaverne, in welcher sich der CMS-Detektor befindet, zugänglich, da der Beschleuniger eine Betriebspause hat (Long Shutdown 2). In dieser Pause wird der Detektor verbessert und gewartet. Privatdozent Oliver Pooth berichtete live vom CERN, und führte die Besucher durch die Detektor-Kaverne, die Service-Kaverne, in der sich die Ausleseelektronik befindet, sowie durch den oberirdischen Kontrollraum, von welchem aus der Detektor gesteuert und überwacht wird. Die Veranstaltung wurde abgerundet durch Präsentationen (in Aachen) von Prof. Lutz Feld zum CERN und zum CMS-Experiment, und von Prof. Alexander Schmidt zu den Physikzielen, insbesondere zur Untersuchung des Higgsmechanismus. Mit über 300 begeisterten Besuchern war die Veranstaltung ein voller Erfolg. Auch von der Gelegenheit, Fragen zu stellen, wurde reger Gebrauch gemacht.

Weitere Informationen:
Link zur Webseite am CERN

Neues Graduiertenkolleg an der RWTH Aachen bewilligt (17.05.2019)

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft hat am 13.5.2019 die Förderung von 13 neuen Graduiertenkollegs (GRKs) bekannt gegeben. Eines davon ist das GRK 2497 mit dem Titel "Physik der schwersten Teilchen am Large Hadron Collider". Das Graduiertenkolleg ist an der RWTH Aachen angesiedelt und wird sich auf die Untersuchungen der Eigenschaften von Higgs-Bosonen und Top-Quarks sowie die Suche nach neuen, schweren Teilchen konzentrieren. Ein Ziel des GRK ist es, Theorie und Experiment (konkret CMS) näher zusammen zu bringen. Beteiligt sind die CMS-Experimentalphysiker Prof. Lutz Feld vom 1. Physikalischen Institut B, Prof. Kerstin Borras, Prof. Martin Erdmann, Prof. Thomas Hebbeker, und Prof. Alexander Schmidt vom 3. Physikalischen Institut A, sowie die Theoretiker Prof. Michal Czakon, Prof. Robert Harlander, Prof. Michael Krämer, und Priv.-Doz. Malgorzata Worek vom Institute for Theoretical Particle Physics and Cosmology. Sprecher ist Prof. Michal Czakon. Für die Zeit vom 1.10.2019 bis 31.03.2024 werden durch die Förderung des GRKs unter anderem zusätzliche Stellen für herausragende Doktoranden geschaffen, die jeweils von einem CMS-Physiker und einem Theoretiker co-betreut werden.

Weitere Informationen:
Link zur Pressemitteilung der DFG
Link zur Pressemitteilung der RWTH Aachen

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