Experimental investigations on the first Townsend coefficient in pure isobutane

In this work we present results of the first Townsend coefficient (alpha) in pure isobutane by measuring the current growth as a function of the electric field strength in a pulsed irradiation regime. A Resistive Plate Chamber (RPC)-like configuration was used. To validate this method, as well as to crosscheck the experimental apparatus, measurements of the alpha parameter were firstly carried out with pure nitrogen and the results compared to the accurate data available in the literature. The data obtained with isobutane in a field range from 145 Td up to 200 Td were well-matched to those calculated with Magboltz versions 2.7.1 and 2.8.6. The experimental consistency of these results with other published data in the range of 550-1300 Td was very good, as demonstrated by the use of the Korff parameterization. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Experimental evidence for the sensitivity of the air-shower radio signal to the longitudinal shower development

We observe a correlation between the slope of radio lateral distributions and the mean muon pseudorapidity of 59 individual cosmic-ray-air-shower events. The radio lateral distributions are measured with LOPES, a digital radio interferometer colocated with the multidetector-air-shower array KASCADE-Grande, which includes a muon-tracking detector. The result proves experimentally that radio measurements are sensitive to the longitudinal development of cosmic-ray air showers. This is one of the main prerequisites for using radio arrays for ultra-high-energy particle physics and astrophysics.

Transiting exoplanets from the CoRoT space mission XXII. CoRoT-16b: a hot Jupiter with a hint of eccentricity around a faint solar-like star

Aims. We report the discovery of CoRoT-16b, a low density hot jupiter that orbits a faint G5V star (mV = 15.63) in 5.3523 +/- 0.0002 days with slight eccentricity. A fit of the data with no a priori assumptions on the orbit leads to an eccentricity of 0.33 +/- 0.1. We discuss this value and also derive the mass and radius of the planet. Methods. We analyse the photometric transit curve of CoRoT-16 given by the CoRoT satellite, and radial velocity data from the HARPS and HIRES spectrometers. A combined analysis using a Markov chain Monte Carlo algorithm is used to get the system parameters. Results. CoRoT-16b is a 0.535 -0.083/+0.085 M-J, 1.17 -0.14/+0.16 R-J hot Jupiter with a density of 0.44 -0.14/+0.21 g cm(-3). Despite its short orbital distance (0.0618 +/- 0.0015 AU) and the age of the parent star (6.73 +/- 2.8 Gyr), the planet orbit exhibits significantly non-zero eccentricity. This is very uncommon for this type of objects as tidal effects tend to circularise the orbit. This value is discussed taking into account the characteristics of the star and the observation accuracy.

The spectrum of high-energy cosmic rays measured with KASCADE-Grande

The energy spectrum of cosmic rays between 10(16) eV and 10(18) eV, derived from measurements of the shower size (total number of charged particles) and the total muon number of extensive air showers by the KASCADE-Grande experiment, is described. The resulting all-particle energy spectrum exhibits strong hints for a hardening of the spectrum at approximately 2 . 10(16) eV and a significant steepening at approximate to 8 . 10(16) eV. These observations challenge the view that the spectrum is a single power law between knee and ankle. Possible scenarios generating such features are discussed in terms of astrophysical processes that may explain the transition region from galactic to extragalactic origin of cosmic rays. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Cross sections and double-helicity asymmetries of midrapidity inclusive charged hadrons in p plus p collisions at root s = 62.4 GeV

Unpolarized cross sections and double-helicity asymmetries of single-inclusive positive and negative charged hadrons at midrapidity from p + p collisions at root s = 62.4 GeV are presented. The PHENIX measurement of the cross sections for 1.0 < p(T) < 4.5 GeV/c are consistent with perturbative QCD calculations at next-to-leading order in the strong-coupling constant, alpha(s). Resummed pQCD calculations including terms with next-to-leading-log accuracy, yielding reduced theoretical uncertainties, also agree with the data. The double-helicity asymmetry, sensitive at leading order to the gluon polarization in a momentum-fraction range of 0.05 less than or similar to x(gluon) less than or similar to 0.2, is consistent with recent global parametrizations disfavoring large gluon polarization.

Measurements of atmospheric neutrinos and antineutrinos in the MINOS far detector

This paper reports measurements of atmospheric neutrino and antineutrino interactions in the MINOS Far Detector, based on 2553 live-days (37.9 kton-years) of data. A total of 2072 candidate events are observed. These are separated into 905 contained-vertex muons and 466 neutrino-induced rock-muons, both produced by charged-current nu(mu) and (nu) over bar (mu) interactions, and 701 contained-vertex showers, composed mainly of charged-current nu(e) and (nu) over bar (e) interactions and neutral-current interactions. The curvature of muon tracks in the magnetic field of the MINOS Far Detector is used to select separate samples of nu(mu) and (nu) over bar (mu) events. The observed ratio of (nu) over bar (mu) to v(mu) events is compared with the Monte Carlo ( MC) simulation, giving a double ratio of R((nu) over bar/nu)data/R(nu) over bar/nu MC = 1.03 +/- 0.08(stat) +/- 0.08(syst). The v(mu) and (nu) over bar (mu) data are separated into bins of L/E resolution, based on the reconstructed energy and direction of each event, and a maximum likelihood fit to the observed L/E distributions is used to determine the atmospheric neutrino oscillation parameters. This fit returns 90% confidence limits of |Delta m(2)| = (1.9 +/- 0.4) x 10(-3) eV(2) and sin(2)2 theta > 0.86. The fit is extended to incorporate separate nu(mu) and (nu) over bar mu oscillation parameters, returning 90% confidence limits of |Delta m(2)| - |Delta(m) over bar (2)| = 0.6(-0.8)(+2.4) x 10(-3) eV(2) on the difference between the squared-mass splittings for neutrinos and antineutrinos.

Avaliação de ICP OES com configuração axial ou radial para determinação de iodo em sal de cozinha

The performance of inductively-coupled plasma optical emission spectrometers with axial and radial views for determination of iodine in table salt was evaluated. Interference and memory effects in nitric acid and water-soluble tertiary amines (CFA-C) media were studied. Based on a factorial experiment, one optimum instrument operational condition for axial configuration, and two optima conditions for radial configuration was established. The ICP OES with axial view was 5-fold more sensitive than the radial view. Both matrix matching and standard addition methods were used for iodine quantification and for most samples, both strategies of calibration led to similar results. Recoveries ranged from 104 to 114%.

Serch for Neutralino Dark Matter with the AMANDA-II Neutrino Telescope

The annihilation of weakly interacting massive particles (WIMPs), accumulated in gravitational potentials (e.g., the core of the Earth, the Sun or the Galactic halo) would lead to neutrino production. This thesis investigates the possibility of searching for WIMPs in the form of the lightest supersymmetric particle (neutralino) trapped in the Sun using the AMANDA-II neutrino telescope. AMANDA-II is a large Cherenkov detector located deep in the ice at the geographical South Pole. The presented work is based on data taken during the year 2001. An analysis optimized to search for the neutralino-induced flux from the Sun has been developed. The observation of no excess with respect to the expected atmospheric neutrino background has been interpreted as an upper limit on the neutralino annihilation rate in the Sun and on the neutralino-induced muon flux in the vicinity of the detector.

A new snowfall detection algorithm for high latitude regions based on a combination of active and passive sensors

Precipitation retrieval over high latitudes, particularly snowfall retrieval over ice and snow, using satellite-based passive microwave spectrometers, is currently an unsolved problem. The challenge results from the large variability of microwave emissivity spectra for snow and ice surfaces, which can mimic, to some degree, the spectral characteristics of snowfall. This work focuses on the investigation of a new snowfall detection algorithm specific for high latitude regions, based on a combination of active and passive sensors able to discriminate between snowing and non snowing areas. The space-borne Cloud Profiling Radar (on CloudSat), the Advanced Microwave Sensor units A and B (on NOAA-16) and the infrared spectrometer MODIS (on AQUA) have been co-located for 365 days, from October 1st 2006 to September 30th, 2007. CloudSat products have been used as truth to calibrate and validate all the proposed algorithms. The methodological approach followed can be summarised into two different steps. In a first step, an empirical search for a threshold, aimed at discriminating the case of no snow, was performed, following Kongoli et al. [2003]. This single-channel approach has not produced appropriate results, a more statistically sound approach was attempted. Two different techniques, which allow to compute the probability above and below a Brightness Temperature (BT) threshold, have been used on the available data. The first technique is based upon a Logistic Distribution to represent the probability of Snow given the predictors. The second technique, defined Bayesian Multivariate Binary Predictor (BMBP), is a fully Bayesian technique not requiring any hypothesis on the shape of the probabilistic model (such as for instance the Logistic), which only requires the estimation of the BT thresholds. The results obtained show that both methods proposed are able to discriminate snowing and non snowing condition over the Polar regions with a probability of correct detection larger than 0.5, highlighting the importance of a multispectral approach.

Measurement of top quark pairs production cross-section in the semi-leptonic channel with the ATLAS experiment

This thesis is about three major aspects of the identification of top quarks. First comes the understanding of their production mechanism, their decay channels and how to translate theoretical formulae into programs that can simulate such physical processes using Monte Carlo techniques. In particular, the author has been involved in the introduction of the POWHEG generator in the framework of the ATLAS experiment. POWHEG is now fully used as the benchmark program for the simulation of ttbar pairs production and decay, along with MC@NLO and AcerMC: this will be shown in chapter one. The second chapter illustrates the ATLAS detectors and its sub-units, such as calorimeters and muon chambers. It is very important to evaluate their efficiency in order to fully understand what happens during the passage of radiation through the detector and to use this knowledge in the calculation of final quantities such as the ttbar production cross section. The last part of this thesis concerns the evaluation of this quantity deploying the so-called "golden channel" of ttbar decays, yielding one energetic charged lepton, four particle jets and a relevant quantity of missing transverse energy due to the neutrino. The most important systematic errors arising from the various part of the calculation are studied in detail. Jet energy scale, trigger efficiency, Monte Carlo models, reconstruction algorithms and luminosity measurement are examples of what can contribute to the uncertainty about the cross-section.

Das COMPASS-Triggersystem zur Messung des Gluonbeitrags $Delta$G zum Protonspin

Ein wesentliches Ziel des COMPASS Experiments am CERN istdie direkte Messung der Gluonpolarisation in derinelastischen Streuung von polarisierten 160 GeV Myonen aneinem polarisierten Nukleon Target. In der inelastischenLepton-Nukleon-Streuung erlaubt der sog.Photon-Gluon-Fusions-Prozess (PGF) die Untersuchung derGluonverteilung.Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde ein Triggersystementwickelt und aufgebaut, das gezielt PGF-Reaktionenselektiert. Das System basiert auf demkoinzidenten Nachweis der gestreuten Myonen zusammen mit denproduzierten Hadronen und generiert innerhalb 600 ns einhochselektives Triggersignal. Der Wirkungsquerschnitt derPGF wird von Ereignissen mit quasi-reellen Photonendominiert, d.h. der Myonstreuwinkel ist kein geeignetesKriterium um die gestreuten Myonen von den Strahlmyonen zutrennen, deshalb muss der Energieverlust des Myons verwendetwerden. Der sog. Energieverlusttrigger besteht aus Paarenvon Plastikszintillatorhodoskopen mit exzellenter Zeitaufloesung, die zusammen mit einer selbstentwickeltenschnellen Koinzidenzelektronik eine Koinzidenzzeit vonweniger als 3ns möglich macht. Fuer den gleichzeitigenNachweis der Hadronen wurden die beiden Hadronkalorimeterdes COMPASS--Spektrometers mit einer eigens entwickeltenElektronik versehen.

Entwicklung einer Fokalebenen-Driftkammer für niederenergetische Pionen und experimentelle Bestimmung einer inversen Transfermatrix für das Short-Orbit-Spektrometer

Die Drei-Spektrometer-Anlage am Mainzer Institut für Kernphysik wurde um ein zusätzliches Spektrometer ergänzt, welches sich durch seine kurze Baulänge auszeichnet und deshalb Short-Orbit-Spektrometer (SOS) genannt wird. Beim nominellen Abstand des SOS vom Target (66 cm) legen die nachzuweisenden Teilchen zwischen Reaktionsort und Detektor eine mittlere Bahnlänge von 165 cm zurück. Für die schwellennahe Pionproduktion erhöht sich dadurch im Vergleich zu den großen Spektrometern die Überlebenswahrscheinlichkeit geladener Pionen mit Impuls 100 MeV/c von 15% auf 73%. Demzufolge verringert sich der systematische Fehler ("Myon-Kontamination"), etwa bei der geplanten Messung der schwachen Formfaktoren G_A(Q²) und G_P(Q²), signifikant. Den Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit bildet die Driftkammer des SOS. Ihre niedrige Massenbelegung (0,03% X_0) zur Reduzierung der Kleinwinkelstreuung ist auf den Nachweis niederenergetischer Pionen hin optimiert. Aufgrund der neuartigen Geometrie des Detektors musste eine eigene Software zur Spurrekonstruktion, Effizienzbestimmung etc. entwickelt werden. Eine komfortable Möglichkeit zur Eichung der Driftweg-Driftzeit-Relation, die durch kubische Splines dargestellt wird, wurde implementiert. Das Auflösungsvermögen des Spurdetektors liegt in der dispersiven Ebene bei 76 µm für die Orts- und 0,23° für die Winkelkoordinate (wahrscheinlichster Fehler) sowie entsprechend in der nicht-dispersiven Ebene bei 110 µm bzw. 0,29°. Zur Rückrechnung der Detektorkoordinaten auf den Reaktionsort wurde die inverse Transfermatrix des Spektrometers bestimmt. Hierzu wurden an Protonen im ¹²C-Kern quasielastisch gestreute Elektronen verwendet, deren Startwinkel durch einen Lochkollimator definiert wurden. Daraus ergeben sich experimentelle Werte für die mittlere Winkelauflösung am Target von sigma_phi = 1,3 mrad bzw. sigma_theta = 10,6 mrad. Da die Impulseichung des SOS nur mittels quasielastischer Streuung (Zweiarmexperiment) durchgeführt werden kann, muss man den Beitrag des Protonarms zur Breite des Piks der fehlenden Masse in einer Monte-Carlo-Simulation abschätzen und herausfalten. Zunächst lässt sich nur abschätzen, dass die Impulsauflösung sicher besser als 1% ist.

Suche nach Endzuständen mit zwei Leptonen und fehlender transversaler Energie in pp-Kollisionen bei einer Schwerpunktsenergie von 1.96 TeV

In der vorliegenden Arbeit wurden Daten aus Proton-Antiproton-Kollisionen analysiert, die im Zeitraum von April 2002 bis März 2004 mit dem DO-Detektor bei einer Schwerpunktsenergie von sqrt(s) = 1.96 TeV am Tevatron-Beschleuniger am Fermi National Accelerator Laboratory aufgezeichnet wurden. Je nach Analyse entsprechen die verwendeten Datensätze integrierten Luminositäten von 158-252 pb^-1. Die Ereignisse wurden auf die Existenz von Higgs-Bosonen und Charginos und Neutralinos untersucht. Außerdem wurde eine Messung des Wirkungsquerschnittes der Paarproduktion von W-Bosonen durchgeführt. Für die Suchen nach Higgs-Bosonen wurden leptonische Endzustände mit zwei Elektronen bzw. einem Elektron und einem Myon untersucht, wie sie bei Zerfällen von Higgs-Bosonen über zwei W-Bosonen erwartet werden. Wegen des momentan zur Verfügung stehenden geringen Datensatzes ist nur möglich, die Daten auf die Existenz von Higgs-Bosonen zu untersuchen, wie sie innerhalb alternativer Modelle vorhergesagt werden. Aufgrund größerer Produktionswirkungsquerschnitte werden die Higgs-Bosonen mit erhöhter Rate erzeugt und werden somit schon bei niedrigen integrierten Luminositäten zugänglich. Bei der durchgeführten Analyse wurde eine gute Übereinstimmung der beobachteten Ereignisse mit der Erwartung aus Prozessen des Standardmodells gefunden. Da keine Evidenz für die Existenz von Higgs-Bosonen beobachtet wurde, wurden die Ergebnisse verwendet, um mit einem Vertrauensniveau von 95% eine obere Grenze auf den Produktionswirkungsquerschnitt multipliziert mit dem Verzweigungsverhältnis anzugeben. Durch eine Kombination der ee-, emu- und mumu-Endzustände erhält man eine obere Grenze zwischen 5.7 und 40.3 pb im Higgs-Massenbereich von 100-200 GeV. Die Ergebnisse zeigen, daß auch der hier verwendete Datensatz noch zu klein ist, um auch Higgs-Bosonen im Rahmen der alternativen Modelle zu entdecken bzw. auszuschließen. Um die assoziierte Produktion von Charginos und Neutralinos nachzuweisen, wurden ebenfalls Endzustände mit einem Elektron und einem Myon untersucht. Zur Verbesserung der Sensitivität wurde eine Kombination mit Analysen in ee- und mumu-Endzuständen durchgeführt. Da auch hier eine gute Konsistenz mit der Erwartung der Untergrundprozesse innerhalb des Standardmodells gefunden wurde, wurden ebenso obere Grenzen auf den Produktionswirkungsquerschnitt multipliziert mit dem Verzweigungsverhältnis gesetzt. Die Ergebnisse werden im Rahmen des mSUGRA-Modells interpretiert. Es ergeben sich obere Grenzen zwischen 0.46 und 0.63 pb für Charginomassen im Bereich von 97 GeV bis 114 GeV. Dies stellt eine deutliche Verbesserung der bei früheren Messungen bei DO erhaltenen Ausschlußgrenzen dar. Allerdings ist es wiederum aufgrund des geringen Datensatzes nicht möglich, Punkte im mSUGRA-Parameterraum oberhalb der bei LEP gefundenen Grenzen auszuschließen. Die Ergebnisse können auch verwendet werden, um allgemeinere SUSY-Modelle einzuschränken, die ebenfalls entsprechende Beziehungen zwischen den Chargino- und Neutralino-Massen erfüllen. Den Hauptuntergrund bei diesen Suchen stellt die Paarproduktion von W-Bosonen dar. Es wurde zum ersten Mal im Rahmen des DO-Experimentes eine Messung des Wirkungsquerschnittes der W-Paarproduktion mit einer Signifikanz von mehr als 3 sigma durchgeführt. Es wird eine gute Übereinstimmung mit der Next-to-leading-order-Vorhersage der Theorie gefunden. Kombiniert man die ee-, emu- und mumu-Endzustände, ergibt sich ein Wirkungsquerschnitt von sigma(WW) = 13.35+4.65-3.99(stat) +0.77-1.05(syst) +-0.87(Lum) pb.

Pi +-Elektroproduktion an der Schwelle

Die Messung der Elektroproduktion geladener Pionen in der Nähe der Produktionsschwelle ermöglicht die Bestimmung des axialen Formfaktors des Nukleons G_A(Q²) und aus seinem Verlauf die Extraktion der axialen Masse M_A. Diese Größe kann im Rahmen der chiralen Störungstheorie vorhergesagt werden, so daß ihre experimentelle Bestimmung eine Überprüfung der theoretischen Beschreibung des Nukleons erlaubt. Im Rahmen dieser Arbeit wurden die bereits am Institut für Kernphysik der Universität Mainz in der A1-Kollaboration durchgeführten Messungen der Reaktion H(e,e'Pi+)n bei einer Schwerpunktsenergie von W = 1125 MeV und einem Vierer- impulsübertrag Q² von 0.117, 0.195 und 0.273 (GeV/c)² durch eine weitere Messung bei Q² = 0.058 (GeV/c)² ergänzt. In einer zweiten Meßperiode wurden zusätzlich die Messungen für die Q²-Werte von 0.117 und 0.195 (GeV/c)² wiederholt. Für alle Q²-Werte wurden Daten bei mindestens drei verschiedenen Werten der Polarisation des virtuellen Photons genommen, so daß für alle Messungen eine Rosenbluthseparation durchgeführt werden konnte, um den transversalen und den longitudinalen Anteil des Wirkungsquerschnitts zu bestimmen. Das Ergebnis für Q² = 0.195 (GeV/c)² stimmt im Rahmen der Fehler mit dem alten Ergebnis überein, für Q² = 0.117 (GeV/c)² ergibt sich eine deutliche Abweichung des longitudinalen Anteils. Das Ergebnis für Q² = 0.058 (GeV/c)² liegt unter der aus den alten Messungen gewonnenen Vorhersage. Der induzierte pseudoskalare Formfaktor des Nukleons G_P(Q²) kann ebenfalls in der Pionelektroproduktion bestimmt werden, wenn die Messung bei einer Schwerpunktsenergie nur wenige MeV über der Produktionsschwelle stattfindet. Eine solche Messung erfordert den Nachweis von Pionen mit kinetischen Energien unter 35 MeV, für den die in der A1-Kollaboration vorhandenen Spektrometer nicht geeignet sind. Im apparativen Teil der Arbeit wurde daher ein Szintillatorhodoskop für ein dediziertes Pionspektrometer mit kurzer Weglänge gebaut und getestet. Außerdem wurden für dieses sogenannte Short-Orbit-Spektrometer drei Kollimatoren entworfen und eingebaut.

Optimised polyolefin branch quantification by 13 C NMR spectroscopy

Quantitative branch determination in polyolefins by solid- and melt-state 13C NMR has been investigated. Both methods were optimised toward sensitivity per unit time. While solid-state NMR was shown to give quick albeit only qualitative results, melt-state NMR allowed highly time efficient accurate branch quantification. Comparison of spectra obtained using spectrometers operating at 300, 500 and 700 MHz 1H Larmor frequency, with 4 and 7~mm MAS probeheads, showed that the best sensitivity was achieved at 500 MHz using a 7 mm 13C-1H optimised high temperature probehead. For materials available in large quantities, static melt-state NMR, using large diameter detection coils and high coil filling at 300 MHz, was shown to produce comparable results to melt-state MAS measurements in less time. While the use of J-coupling mediated polarisation transfer techniques was shown to be possible, direct polarisation via single-pulse excitation proved to be more suitable for branch quantification in the melt-state. Artificial line broadening, introduced by FID truncation, was able to be reduced by the use of π pulse-train heteronuclear dipolar decoupling. This decoupling method, when combined with an extended duty-cycle, allowed for significant improvement in resolution. Standard setup, processing and analysis techniques were developed to minimise systematic errors contributing to the measured branch contents. The final optimised melt-state MAS NMR method was shown to allow time efficient quantification of comonomer content and distribution in both polyethylene- and polypropylene-co-α-olefins. The sensitivity of the technique was demonstrated by quantifying branch concentrations of 8 branches per 100,000 CH2 for an industrial ‘linear’ polyethylene in only 13 hours. Even lower degrees of 3–8 long-chain branches per 100,000 carbons were able to be estimated in just 24 hours for a series of γ-irradiated polypropylene homopolymers.