Universität zu Köln

Werner, David (2025). Study of the Hoyle State in 12C using the Lund-York-Cologne-Calorimeter (LYCCA) array. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

This thesis presents an analysis of the particle-decay behavior of excited 12C states using the LYCCA detector setup. The setup was upgraded to 24 mounted DSSSDs and 18 AIDA FEE data acquisition modules, allowing for the detection of over 3×10^10 scattered ions across two experiments performed in December 2019 and January 2020. Among these, more than 6 × 10^6 particle-decay events, consisting of 4 alpha particles each, of the Hoyle state decay were identified and analyzed, representing the largest dataset for Hoyle state decay studies to date. The thesis details a series of methodological improvements, including the development of a new event-analysis pipeline, time-walk correction, and refined analysis logic, which collectively improved the precision and efficiency of data processing. Additionally, new gate conditions and detector position offset corrections were implemented to enhance data selection and spatial resolution. The calibration and analysis tools developed during this work also contributed to reducing the time required from data acquisition to center-of mass frame analysis of the detected particles. These developments have improved the capabilities of the LYCCA setup, providing a solid foundation for future studies of excited nuclear states and their decay pathways. While the energy resolution in the center-of-mass frame of the particle decay of the excited Carbon nuclei did not allow for establishing a new upper limit, the measured branching ratios are consistent with previous studies, providing additional data points for investigating the structure of higher-lying states in 12C. Additionally, ongoing improvements in the data analysis pipeline have shown promising results for future studies, even on the current dataset.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated abstract:	Abstract Language In dieser Arbeit wird das Teilchenzerfallsverhalten angeregter 12C-Zustände unter Verwendung des LYCCA-Detektoraufbaus analysiert. Der Aufbau wurde auf 24 DSSSDs und 18 AIDA FEE-Datenaufnahmemodule erweiter, was es ermöglichte, über zwei Experimente, die im Dezember 2019 und Januar 2020 durchgeführt wurden, mehr als 3×10^10 gestreute Ionen zu detektieren. Darunter wurden mehr als 6 × 10^6 Zerfallsereignisse des Hoyle-Zustands, jeweils bestehend aus 4 Alphateilchen, identifiziert und analysiert, was den bisher größten Datensatz für Zerfallsstudien der Hoyle-Anregung darstellt. In dieser Arbeit wird eine Reihe von methodischen Verbesserungen beschrieben, darunter die Entwicklung einer neuen Analysearchitektur zur Verarbeitung gemessener Ereignisse, Korrekturen für energieabhängige Verschiebungen der Detektionszeiten und eine verfeinerte Analyselogik, die insgesamt die Präzision und Effizienz der Datenverarbeitung verbessert haben. Außerdem wurden neue Filterbedingungen und Korrekturen für die Detektorposition eingeführt, um die Auswahl der Ereignisse und die räumliche Auflösung zu verbessern. Die im Rahmen dieser Arbeit entwickelten Kalibrierungs- und Analysewerkzeuge trugen ebenfalls dazu bei, die Zeit von der Datenerfassung bis zur Analyse der detektierten Teilchen im Schwerpunktsystem deutlich zu verkürzen. Diese Entwicklungen haben die Möglichkeiten des LYCCA-Aufbaus erweitert und stellen eine gute Grundlage für künftige Untersuchungen angeregter Kernzustände und ihrer Zerfallswege dar. Limitiert durch die Energieauflösung der gemessenen Alphateilchen im Schwerpunktsystem der zerfallenden angeregten Kohlenstoff-Kerne konnten keine neuen Obergrenzen für die Verzweigungsverhältnis der direkten Teilchenzerfallskanäle bestimmt werden. Jedoch stimmen die gemessenen Verzweigungsverhältnisse mit früheren Messungen überein und liefern zusätzliche Datenpunkte für die Untersuchung der Struktur höherliegender Zustände in 12C. Darüber hinaus haben die laufenden Verbesserungen in der Datenanalyse vielversprechende Ergebnisse für künftige Messungen gezeigt und auch der aktuelle Datensatz ist durch neue Verbesserungen noch nicht vollständig ausgereizt German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Werner, David david.werner@outlook.com UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-789179
Date:	19 September 2025
Publisher:	Universität zu Köln
Place of Publication:	Kölner UniversitätsPublikationsServer
Language:	English
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences > Department of Physics > Institute for Nuclear Physics
Subjects:	Physics
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language Lund-York-Cologne Calorimeter (LYCCA) English Hoyle State in Carbon-12 English Nuclear astrophysics English Charged-particle spectroscopy English Geant4 Monte Carlo English Alpha-clustering English Triple-alpha reaction English Branching-ratio analysis English
Date of oral exam:	5 November 2024
Referee:	Name Academic Title Reiter, Peter Prof. Dr. Mücher, Dennis Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/78917