A Cerenkov-ΔΕ-Cerenkov detector for high energy cosmic ray isotopes and an accelerator study of ^(40)Ar & ^(56)Fe fragmentation

This thesis has two major parts. The first part of the thesis will describe a high energy cosmic ray detector -- the High Energy Isotope Spectrometer Telescope (HEIST). HEIST is a large area (0.25 m²sr) balloon-borne isotope spectrometer designed to make high-resolution measurements of isotopes in the element range from neon to nickel (10 ≤ Z ≤ 28) at energies of about 2 GeV/nucleon. The instrument consists of a stack of 12 NaI(Tl) scintilla tors, two Cerenkov counters, and two plastic scintillators. Each of the 2-cm thick NaI disks is viewed by six 1.5-inch photomultipliers whose combined outputs measure the energy deposition in that layer. In addition, the six outputs from each disk are compared to determine the position at which incident nuclei traverse each layer to an accuracy of ~2 mm. The Cerenkov counters, which measure particle velocity, are each viewed by twelve 5-inch photomultipliers using light integration boxes.

HEIST-2 determines the mass of individual nuclei by measuring both the change in the Lorentz factor (Δγ) that results from traversing the NaI stack, and the energy loss (ΔΕ) in the stack. Since the total energy of an isotope is given by Ε = γM, the mass M can be determined by M = ΔΕ/Δγ. The instrument is designed to achieve a typical mass resolution of 0.2 amu.

The second part of this thesis presents an experimental measurement of the isotopic composition of the fragments from the breakup of high energy ⁴⁰Ar and ⁵⁶Fe nuclei. Cosmic ray composition studies rely heavily on semi-empirical estimates of the cross-sections for the nuclear fragmentation reactions which alter the composition during propagation through the interstellar medium. Experimentally measured yields of isotopes from the fragmentation of ⁴⁰Ar and ⁵⁶Fe are compared with calculated yields based on semi-empirical cross-section formulae. There are two sets of measurements. The first set of measurements, made at the Lawrence Berkeley Laboratory Bevalac using a beam of 287 MeV/nucleon ⁴⁰Ar incident on a CH₂ target, achieves excellent mass resolution (σ_m ≤ 0.2 amu) for isotopes of Mg through K using a Si(Li) detector telescope. The second set of measurements, also made at the Lawrence Berkeley Laboratory Bevalac, using a beam of 583 MeV/nucleon ⁵⁶FeFe incident on a CH₂ target, resolved Cr, Mn, and Fe fragments with a typical mass resolution of ~ 0.25 amu, through the use of the Heavy Isotope Spectrometer Telescope (HIST) which was later carried into space on ISEE-3 in 1978. The general agreement between calculation and experiment is good, but some significant differences are reported here.

Extraction of CP Properties of the H(125) Boson Discovered in Proton-Proton Collisions at sqrt(s) = 7 and 8 TeV with the CMS Detector at the LHC

In this thesis we build a novel analysis framework to perform the direct extraction of all possible effective Higgs boson couplings to the neutral electroweak gauge bosons in the H → ZZ^(*) → 4l channel also referred to as the golden channel. We use analytic expressions of the full decay differential cross sections for the H → VV' → 4l process, and the dominant irreducible standard model qq ̄ → 4l background where 4l = 2e2μ,4e,4μ. Detector effects are included through an explicit convolution of these analytic expressions with transfer functions that model the detector responses as well as acceptance and efficiency effects. Using the full set of decay observables, we construct an unbinned 8-dimensional detector level likelihood function which is con- tinuous in the effective couplings, and includes systematics. All potential anomalous couplings of HVV' where V = Z,γ are considered, allowing for general CP even/odd admixtures and any possible phases. We measure the CP-odd mixing between the tree-level HZZ coupling and higher order CP-odd couplings to be compatible with zero, and in the range [−0.40, 0.43], and the mixing between HZZ tree-level coupling and higher order CP -even coupling to be in the ranges [−0.66, −0.57] ∪ [−0.15, 1.00]; namely compatible with a standard model Higgs. We discuss the expected precision in determining the various HVV' couplings in future LHC runs. A powerful and at first glance surprising prediction of the analysis is that with 100-400 fb^-1, the golden channel will be able to start probing the couplings of the Higgs boson to diphotons in the 4l channel. We discuss the implications and further optimization of the methods for the next LHC runs.

Diseño de un detector para una red de vigilancia radiológica ambiental

[ES]El objetivo de este trabajo es analizar el montaje de un contador proporcional de radiación para su uso en una red de vigilancia radiológica ambiental desde su diseño básico hasta su puesta en marcha. Se realizará un análisis de las razones que nos han llevado a elegir este tipo de contadores de ionización gaseosa (frente a otros tipos), para llegar a la conclusión de que son los más adecuados para la vigilancia radiológica ambiental. Este análisis describirá la solución a la que se ha llegado para construir un contador con los medios al alcance y el porqué de su diseño concreto, así como la metodología de trabajo que se ha seguido para la obtención del mismo. Basándonos en suposiciones teóricas derivadas del análisis geométrico de la instrumentación para la obtención de resultados previsibles, se realizará una verificación mediante ensayos técnicos en el laboratorio. Se presupuestará el material utilizado y las horas requeridas, para llevar una cuenta de lo que le ha costado al departamento y lo que le habría costado en caso de no poseer la instrumentación utilizada. Después de realizar diversos test relacionados con la instrumentación electrónica, se procederá a obtener unas conclusiones derivadas de los ensayos en el laboratorio para su posterior comparación con las estimaciones teóricas. En el anexo I se encuentran los planos de diseño que se han realizado y en el anexo II los resultados finales obtenidos de los ensayos.

Metrologia de instrumentos endodônticos por microscopia eletrônica de varredura e análise digital de imagens: uma proposta metodológica

A padronização para a fabricação de instrumentos endodônticos em aço inoxidável contribuiu para o desenvolvimento de novos aspectos geométricos. Surgiram propostas de alterações no desenho da haste helicoidal, da seção reta transversal, da ponta, da conicidade e do diâmetro na extremidade (D0). Concomitantemente, o emprego de ligas em Níquel-Titânio possibilitou a produção de instrumentos acionados a motor, largamente empregados hoje. A cada ano a indústria lança instrumentos com diversas modificações, sem, contudo, disponibilizar informações suficientes quanto às implicações clínicas destas modificações. Existe um crescente interesse no estudo dos diferentes aspectos geométricos e sua precisa metrologia. Tradicionalmente, a aferição de aspectos geométricos de instrumentos endodônticos é realizada visualmente através de microscopia ótica. Entretanto, esse procedimento visual é lento e subjetivo. Este trabalho propõe um novo método para a metrologia de instrumentos endodônticos baseado no microscópio eletrônico de varredura e na análise digital das imagens. A profundidade de campo do MEV permite obter a imagem de todo o relevo do instrumento endodôntico a uma distância de trabalho constante. Além disso, as imagens obtidas pelo detector de elétrons retro-espalhados possuem menos artefatos e sombras, tornando a obtenção e análise das imagens mais fáceis. Adicionalmente a análise das imagens permite formas de mensuração mais eficientes, com maior velocidade e qualidade. Um porta-amostras específico foi adaptado para obtenção das imagens dos instrumentos endodônticos. Ele é composto de um conector elétrico múltiplo com terminais parafusados de 12 pólos com 4 mm de diâmetro, numa base de alumínio coberta por discos de ouro. Os nichos do conector (terminais fêmeas) têm diâmetro apropriado (2,5 mm) para o encaixe dos instrumentos endodônticos. Outrossim, o posicionamento ordenado dos referidos instrumentos no conector elétrico permite a aquisição automatizada das imagens no MEV. Os alvos de ouro produzem, nas imagens de elétrons retro-espalhados, melhor contraste de número atômico entre o fundo em ouro e os instrumentos. No porta-amostras desenvolvido, os discos que compõem o fundo em ouro são na verdade, alvos do aparelho metalizador, comumente encontrados em laboratórios de MEV. Para cada instrumento, imagens de quatro a seis campos adjacentes de 100X de aumento são automaticamente obtidas para cobrir todo o comprimento do instrumento com a magnificação e resolução requeridas (3,12 m/pixel). As imagens obtidas são processadas e analisadas pelos programas Axiovision e KS400. Primeiro elas são dispostas num campo único estendido de cada instrumento por um procedimento de alinhamento semi-automático baseado na inter-relação com o Axiovision. Então a imagem de cada instrumento passa por uma rotina automatizada de análise de imagens no KS400. A rotina segue uma sequência padrão: pré-processamento, segmentação, pós-processamento e mensuração dos aspectos geométricos.

Estudo da produção de multijatos em colisões próton-próton com √s= 7 TeV no detector CMS/LHC

O Compact Muon Solenoid (CMS) é um dos principais detectores instalados no LHC que possibilita o estudo de diferentes aspectos da Física, indo do Modelo Padrão à matéria escura. Esse detector de propósito geral, foi construído para ser capaz de medir múons com uma grande precisão e todos os seus subdetectores foram construídos com uma alta granularidade, tornando possível identificar e caracterizar as propriedades cinemáticas das partículas finais da colisão. O algoritmo de reconstrução de eventos inclui a identificação de jatos, ou seja, é possível identificar a assinatura da produção de pártons na colisão e a medida de seções de choque da produção de muitos jatos é um dos métodos para se explorar as contribuições da Cromodinâmica Quântica (Quantum Chromodynamics - QCD) perturbativa, permitindo avaliar as previsões implementadas nas simulações de eventos. Tendo em vista a caracterização de processos relacionados com a QCD em colisões de próton-próton a uma energia do centro de massa de 7 TeV, é apresentada a medida da seção de choque da produção inclusiva de multijatos no CMS. Para realizar essa medida foram utilizados dados reais coletados em 2010, onde não se apresentava muitas colisões por cruzamento de pacote, com uma luminosidade integrada de L = 2,869 pb-1 e utilizando jatos que estão em quase todo o espaço de fase acessível em pseudorapidez |n|≤ 4,8 e momentum transverso pT ≥ 30 GeV/ c2. Desse resultado foram removidos os efeitos de detecção comparado com predições simuladas.