Offene Stellen
Offene Stellen für Doktoranden und wissenschaftliche Mitarbeiter
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Bei Interesse wenden Sie sich bitte an Prof. Dr. K. Nikolopoulos(konstantinos.nikolopoulos"AT"uni-hamburg.de)
Bachelor- und Masterarbeiten
Wir bieten das ganze Jahr über ein breites Spektrum an Themen für Bachelor- und Masterarbeiten an. Bitte kontaktieren Sie uns direkt: Prof. Dr. K. Nikolopoulos(konstantinos.nikolopoulos"AT"uni-hamburg.de)
Aktuelle Masterarbeitsthemen:
[M] Untersuchung der Sensitivität auf H→Za mit hadronischen Z- und a-Zerfällen in der Vektorboson-Fusionsproduktion
Diese Masterarbeit untersucht eine Suchstrategie für den vollständig hadronischen Endzustand exotischer Higgs-Zerfälle H→Za in Ereignissen, bei denen das Higgs über Vektorbosonfusion (VBF) produziert wird. Die VBF-Topologie mit zwei energiereichen Vorwärtsjets und großem Rapiditätsabstand bietet einen effizienten Trigger und starke Unterdrückung von Untergrundprozessen, wodurch eine Sensitivität auf hadronische Zerfälle ermöglicht wird, die sonst schwer zu erfassen sind. Das Z-Boson wird über seinen hadronischen Zerfall rekonstruiert, und auch der leichte pseudoskalare a wird in hadronischen Zerfallskanälen gesucht. Dies führt zu einem charakteristischen Ereignis mit zwei Vorwärts-VBF-Jets plus zentralen Jets der beiden Bosonen. Die größte Herausforderung ist der überwältigende QCD‑Multijet‑Untergrund. Das Projekt entwickelt Rekonstruktions- und Klassifikationsmethoden zur Identifikation der Z- und a‑Kandidaten anhand der Jetkinematik und Substruktur, wobei sowohl aufgelöste als auch verschmolzene Regime untersucht werden. Methoden des maschinellen Lernens können eingesetzt werden, um die Zuordnung von Jets zu Z bzw. a zu verbessern und die Signal‑Untergrund‑Trennung zu optimieren, ohne die Invariantmassenverteilungen für eine robuste Signaldetektion zu verfälschen.
[M] Identifikation hadronisch zerfallender Skalarbosonen aus Higgs‑Zerfällen in Assoziation mit einem Z‑Boson mittels maschinellen Lernens
Diese Masterarbeit untersucht die Identifikation hadronisch zerfallender Skalarbosonen, die in Higgs-Zerfällen bei assoziierter ZH-Produktion entstehen. Das Z‑Boson dient als sauberes Tagging-Signal, während das Skalarboson über seine hadronischen Zerfallsprodukte rekonstruiert wird, die abhängig von der Kinematik einen oder zwei Jets bilden. Die größte Herausforderung besteht darin, das Signal von großen Standardmodelluntergründen wie Z+Jets und Top‑Quark‑Produktion zu trennen. Klassifikatoren auf Basis von maschinellem Lernen werden unter Verwendung von Ereigniskinematik, Jet‑Substruktur und Flavour-Tagging entwickelt. Verschiedene Modelltypen werden verglichen und anhand von Performance, Kalibrierung und Stabilität in Kontrollregionen validiert, einschließlich Überprüfungen auf Masseverfälschung.
[M] Charm‑Tagging‑Algorithmen unter Nutzung exklusiver Zerfälle geladener D*-Mesonen
Dieses Projekt untersucht Charm‑Tagging‑Algorithmen, die explizit die exklusive Zerfallskette geladener D*-Mesonen zu neutralen D‑Mesonen und geladenen Pionen ausnutzen. Das entscheidende Merkmal ist das geladene „Slow Pion“, eine Spur mit geringem transversalem Impuls relativ zur Jetachse, die sehr nahe an der Jetrichtung liegt. Diese Signatur tritt bei prompt produzierten Charm‑Jets auf, während sie in b‑Jets aus einer b→c‑Kaskade stammt und typischerweise stärker verschoben ist, da das b‑Hadron vor der Entstehung des Charm‑Hadrons zerfällt. Das Projekt untersucht, wie die Slow‑Pion‑Information in eine umfassende Charm‑Tagging‑Strategie mit modernen Methoden des maschinellen Lernens integriert werden kann, offen für verschiedene Modellklassen wie Boosted Decision Trees, mehrschichtige Perzeptren oder graphbasierte Ansätze.
[M] Simulation von Gaseigenschaften und Detektorantwort für den Spherical Proportional Counter
Der Spherical Proportional Counter (SPC) ist ein gasgefüllter Detektor zur Suche nach seltenen Ereignissen, insbesondere zur Detektion von Dunkler Materie geringer Masse. Diese Masterarbeit konzentriert sich auf detaillierte Simulationen von Gaseigenschaften und Detektorantwort für relevante Gasgemische im SPC‑Betrieb. Die Ergebnisse sollen das DarkSPHERE‑Experiment – ein zukünftiges Projekt zur Suche nach Dunkler Materie – unterstützen und realistische Entscheidungen über Gasgemische sowie mögliche Alternativen zur optimalen Detektorleistung ermöglichen. Die Detektorperformance hängt stark von den Gaseigenschaften ab, einschließlich Elektronentransport, Anlagerung, Diffusion und Gasverstärkung. Elektronentransportparameter werden mit Magboltz berechnet, während Signalbildung und Gasverstärkung mit Garfield++ simuliert werden. Realistische elektrische Feldkonfigurationen werden mittels COMSOL oder Gmsh modelliert, um präzise Eingaben für die Garfield++‑Simulationen bereitzustellen. Der Einfluss von Gaszusammensetzung, Druck, elektrischem Feld und Reinheit auf die Detektorleistung wird untersucht. Die Simulationsergebnisse werden mit verfügbaren Daten verglichen und der Einfluss verschiedener Gasgemische auf wichtige Parameter wie Verstärkungsstabilität, Energieauflösung und Niedrigenergie‑Sensitivität bewertet.
[M] Datenanalyse mit dem Proto‑0‑Demonstrator des DarkSide‑20k‑Experiments
Das DarkSide‑20k‑Experiment, das derzeit im unterirdischen Labor Gran Sasso in Italien aufgebaut wird, wird das weltweit größte direkte Such‑Experiment für Dunkle Materie sein. Durch die Verwendung von ultrareinem unterirdischem Argon als Target und modernen Silizium‑Photomultipliers zur Signaldetektion wird es bisher unerreichbare Bereiche des WIMP‑Parameterraums untersuchen. Dieses Projekt konzentriert sich auf den Proto‑0‑Demonstrator, eine kleinere Version des vollständigen Detektors, die zur Optimierung der Datenerfassung und Analyse dient und derzeit an der Universität Neapel betrieben wird. Die Arbeit beinhaltet die praktische Analyse experimenteller Signale, die Optimierung von Analysetechniken und Beiträge zur Vorbereitung des zukünftigen Detektorbetriebs. Das Projekt bietet die Möglichkeit zur Zusammenarbeit mit der Universität Neapel und einem internationalen Team von DarkSide‑20k‑Forschenden und vermittelt wertvolle Erfahrung in einem groß angelegten, modernen Physikexperiment.
Aktuelle Bachelorarbeitsthemen:
[B] Hintergrundmodellierung für Higgs‑zu‑Charm‑Suchen in der Vektorboson‑Fusions-Topologie
Dieses Projekt untersucht datengetriebene Untergrundabschätzungen für eine Invariantmassen‑Suche nach H(cc) in der VBF‑Topologie. Eine Messung von H(cc) ermöglicht einen direkten Zugang zur Kopplung des Higgsbosons an Charm‑Quarks und vervollständigt das Bild der Yukawa‑Wechselwirkungen. Die VBF‑Signatur mit zwei Vorwärtsjets und großem Rapiditätsabstand erhöht die Sensitivität durch Unterdrückung von Untergrundprozessen und ermöglicht eine saubere Ereigniskategorisierung. Dennoch bleibt der große, glatt fallende QCD‑Untergrund unter dem Higgs‑Peak die dominierende Einschränkung, sodass ein zuverlässiges Untergrundmodell entscheidend ist. Die Arbeit vergleicht drei Ansätze: eine klassische Anpassung parametrischer Funktionen in den Seitenbändern, eine funktionale Zerlegung mit glatten Basen wie Bernstein‑Polynomen oder regularisierten Splines mit kontrollierter Komplexität sowie die Modellierung mittels Gaußscher Prozesse, die von den Seitenbändern in die Signalregion interpolieren und eine wohldefinierte Unsicherheitsabschätzung liefern, optional als glatter Residualterm über einem einfachen Basis‑Modell.
[B] Verbesserte Kalibrierung der CMS‑b‑Tagging‑Algorithmen durch multivariate Identifikation von b‑Jets aus Top‑Quark‑Paar‑Zerfällen in Dilepton‑Endzuständen
Diese Bachelorarbeit untersucht die Kalibrierung des b‑Taggings in CMS mithilfe von dileptonischen ttbar‑Ereignissen, wobei ein multivariater Klassifikator die beiden b‑Jets aus dem ttbar‑Zerfall zuordnet. Die Hauptaufgabe ist eine systematische Untersuchung der Hyperparameter des aktuellen BDT, um die Performance und Stabilität der Jet‑Zuordnung zu optimieren, unterstützt durch Standard‑Validierungs‑ und Abschlusstests. Zusätzlich wird ein alternatives Modell untersucht, beispielsweise ein neuronales Netz mit denselben Eingaben, und mit dem BDT hinsichtlich Effizienz, Reinheit, Robustheit und praktischer Nutzbarkeit verglichen. Optional kann erforscht werden, ob der Jet‑Assignment‑Score von ausgewählten ttbar‑Observablen entkoppelt werden kann, um kinematische Abhängigkeiten zu verringern, ohne die Trennleistung zu verlieren.
[B] Installation einer Laserlichtquelle am Spherical Proportional Counter und Detektorkalibrierung
Der Spherical Proportional Counter (SPC) ist ein gasgefüllter Detektor zur Suche nach seltenen Ereignissen, insbesondere zur Detektion Dunkler Materie geringer Masse. Während eines Langzeitbetriebs kann die Detektorleistung durch Gasverunreinigungen beeinträchtigt werden, die durch Ausgasen der Detektormaterialien entstehen und den effektiven Verstärkungsfaktor durch Elektronenanlagerung an elektronegative Verunreinigungen (z. B. Sauerstoff) reduzieren. Zur Überwachung und Untersuchung dieses Effekts kann ein gepulstes UV‑Lasersystem eingesetzt werden. Die fünfte Harmonische eines Nd:YAG‑Lasers (213 nm) erzeugt über den photoelektrischen Effekt einzelne Elektronen an der Aluminiumwand, die gut definierte Signale für Kalibrierzwecke im Niedrigenergiebereich liefern. Die Bachelorarbeit konzentriert sich auf die Integration des Lasersystems über eine optische Durchführung, die Verifikation der Signaldetektion in Koinzidenz mit einem Referenzdetektor sowie die Kalibrierung der SPC‑Antwort im Niedrigenergiebereich.
[B] Simulation, Aufbau und Charakterisierung eines ACHINOS‑Sensors für den Spherical Proportional Counter
Der Spherical Proportional Counter (SPC) ist ein gasgefüllter Detektor zur Suche nach seltenen Ereignissen, insbesondere zur direkten Detektion Dunkler Materie geringer Masse. Der ACHINOS‑Sensor im Zentrum des Detektors ist für die Signalerzeugung und den Auslesevorgang verantwortlich. Die Bachelorarbeit konzentriert sich auf Detektorsimulationen zur Untersuchung des Einflusses von Konstruktionsparametern wie Anodengröße und Abstand zur zentralen Elektrode auf die Detektorleistung. Basierend auf den Simulationen wird ein ACHINOS‑Sensor mit 11 Anoden im Reinraum aufgebaut. Die Leistung des Sensors wird mit radioaktiven Quellen charakterisiert und die Antwort der einzelnen Anoden kalibriert, inklusive Datenanalyse der aufgenommenen Messungen.