Auszeichnung für die beste MasterarbeitFinn Labe erhält Otto Stern-Preis des Fachbereich Physik

12. Juli 2021, von Maiwald

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Für seine Masterarbeit über die Suche nach hypothetischen Teilchen in den Daten aus Teilchenkollisionen am CMS-Experiment des Large Hadron Colliders (LHC) am CERN erhält Finn Labe den Otto Stern-Preis des Fachbereich Physik der Universität Hamburg.

Finn Labe interessiert sich besonders für das angeregte Top-Quark, ein theoretisch vorhergesagtes und bislang experimentell noch nicht nachgewiesenes Elementarteilchen. Um es aufzuspüren, hat er in seiner Masterarbeit simuliert, wie es sich im CMS-Detektor verhalten würde. Anhand von Daten aus Teilchenkollisionen hat er anschließend überprüft, wie empfindlich der entwickelte Algorithmus für die Suche nach dem angeregten Top-Quark ist. Zur Anwendung kamen dabei Machine Learning-Methoden, die es ermöglichen zwischen dem angeregten Top-Quark und anderen, ähnlichen Teilchen zu unterscheiden.

Das Thema seiner Masterarbeit vertieft Finn Labe nun in einer Doktorarbeit am Institut für Experimentalphysik in der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Johannes Haller und forscht auch zur Entwicklung von Machine Learning-Algorithmen für den CMS-Trigger. Der Trigger entscheidet etwa 40 Millionen Mal pro Sekunde ob bei einer Teilchenkollision im Beschleuniger ein physikalisch interessantes Ereignis stattgefunden hat. Kernstück der Elektronik des Triggers sind besondere integrierte Schaltkreise, sogenannte Field Programmable Gate Arrays (FPGA). „Die Anwendung von Maschinellem Lernen auf FPGAs ist ein sehr neues Thema, das erst seit Kurzem am CMS-Experiment erforscht wird. Es ist spannend an Techniken mitzuarbeiten, die die Physik am CMS-Experiment für viele Jahre prägen könnten.“, sagt Finn Labe. Der Einsatz von Maschinellem Lernen verbessert die Empfindlichkeit des Triggers, sodass künftig auch Prozesse erkannt werden können, an denen vor allem Teilchen niedriger Energien beteiligt sind.

Elementarteilchen, die kleinesten Bausteine der Materie, und ihre Wechselwirkungen beschreibt das sogenannte Standardmodell. Allerdings lässt sich mit dem Standardmodell manches nicht erklären, wie etwa die Existenz von Dunkler Materie. Forschende haben daher theoretische Modelle entwickelt, die das Standardmodell ergänzen und die unter anderem neue, hypothetische Elementarteilchen vorhersagen wie das angeregte Top-Quark. Das CMS-Experiment am Teilchenbeschleuniger LHC des CERN ist eines der Experimente, an dem internationale Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler daran arbeiten die hypothetischen Elementarteilchen experimentell nachzuweisen.