Echtzeit-Mustererkennung zum Elektronennachweis mit einem RICH-Detektor in relativistischen Schwerionenkollisionen

Abstract

In der vorliegenden Arbeit wird ein schnelles Echtzeit-Triggersystems zur Identifizierung von Dileptonen in einem vorgegebenen Intervall derinvarianten Masse beschrieben sowie speziell die Triggerkomponente zur Erkennung von Elektronen- und Positronensignaturen auf dersegmentierten Detektorfläche eines ringabbildenden Cherenkov-Detektors dargestellt. Dies umfaßt die vollständige Entwicklung derHardware sowie eines angepassten Algorithmus zur Ringerkennung. Mittels Dielektronenspektren im Massenbereich bis 1,1 GeV/c2 solldas HADES-Spektrometer (High Acceptance DiElectron Spectrometer), das z. Zt. am Schwerionensynchrotron (SIS) der Gesellschaft fürSchwerionenforschung in Darmstadt in Betrieb genommen wird, in experimentellen Szenarien von pion- und protoninduzierten Reaktionenbis hin zu Schwerionenkollisionen massivster Systeme vor allem die Frage nach vorhergesagten Modifikationen von Teilchenmassen und-breiten im Medium untersuchen. Zur schnellen Identifizierung von Dielektronenpaaren in einem Umfeld höchster Multiplizitäten von bis zu 200 geladenen Teilchen / Ereignisund hoher Ereignisraten bis zu 105 / s wurde in der Gießener HADES-Gruppe ein Echtzeittriggersystem (Second Level Trigger) entwickelt,das Elektronensignaturen in verschiedenen Teildetektoren lokalisiert und auf dieser Basis Ereignisse mit Dileptonenpaaren in einemvorgegebenen Bereich der invarianten Masse auswählt. Der Reduktionsfaktor des Second Level Triggers liegt bei 100. Bestandteil dieses Systems ist die Triggerelektronik zur Verarbeitung der Daten eines hadronenblinden ringabbildendenCherenkovdetektors. Die Elektronik besteht aus zwei VME-Einschubkarten pro Detektorsegment, die aus den Koordinateninformationender Detektorauslese innerhalb von im Mittel 40 [mikro]s das vollständige Treffermuster rekonstruieren, auf Basis dieses Musters eineRingerkennung auf der gesamten Detektorfläche bestehend aus 96x96 Bildelementen durchführen und deren Resultate den nachfolgendenTriggereinheiten zur Verfügung stellen. Die verarbeitete Datenmenge hierbei beträgt ca. 150 MByte/s·Segment. Bei der Implementierungder Funktionalität kam im großen Umfang programmierbare Logik zum Einsatz, die zum einen das sukzessive Umsetzen und Testen dergesamten Funktionalität als auch im späteren Betrieb eine flexible Anpassung vor allem des Triggeralgorithmus an die Anforderungen derunterschiedlichen experimentellen Situationen ermöglicht. Der für eine Implementierung in die verwendeten Logikbausteine optimierte Ringerkennungsalgorithmus wurde in verschiedenen Szenarienmit Daten aus den vollständigen Detektorsimulationen als auch aus Testexperimenten des realen Detektors getestet und dabei aus densimulierten Daten eine Ringerkennungseffizienz oberhalb von 90% bei weniger als 0,5 fehlidentifizierten Elektronen / Ereignis für einenoptimierten Detektor ermittelt.