The development of a system for optical tracking of frozen hydrogen microsphere targets (pellets) was done. It is intended for the upcoming hadron physics experiment PANDA at FAIR, Darmstadt, Germany. Knowledge of the interaction position, obtained with this system, will improve background rejection, precision of particle track reconstruction and will also help distinguish between primary and secondary vertices. Investigations of pellet detection conditions and pellet stream parameters were performed at Uppsala Pellet Test Station located at The Svedberg Laboratory. Various illumination and detection conditions were checked and optimized. The gained knowledge has been used to develop Monte Carlo procedures simulating experiments with pellets. Then simulations of pellet tracking were carried out including the constraints from the PANDA setup. The performance of the tracking was checked for various pellet stream and pellet detection conditions. Two procedures of pellet track reconstruction were developed – a fast procedure and a high efficiency procedure. The studies were done for one tracking section (just below pellet generator) and for two sections (the second just above pellet dump) and showed that the resolution of the tracking system can be better than 100 μm (sigma) in each direction and that the interaction point will be reconstructed for 70-95% of hadronic events, for suitable pellet stream and detection conditions. Usage of pellet tracking information in the hadronic data analysis was discussed, concerning the data taking, particle track reconstruction together with the PANDA micro vertex detector, hadronic event classification and treatment of the various classes. Test measurements with the WASA setup at FZJ, Jülich, Germany were done to check how the information about the number of pellets in the accelerator beam region can be used in the hadronic data analysis. Instantaneous rates of WASA "elastic" triggers were used for classification of hadronic events as coming from pellets or from a background. The study clearly showed that one can distinguish between the two event classes. The study gave experience in using two different systems synchronized with each other – the experiment's DAQ and another system that works with a much longer time scale – similar to the pellet tracking system. / Ett system för optisk spårning av frysta mikrosfärer av väte (pelletar) har utvecklats för användning i det kommande hadronfysikexperimentet PANDA vid FAIR, Darmstadt i Tyskland. Kunskapen om positionen för växelverkan som fås med hjälp av detta system kommer att förbättra möjligheten att diskriminera mot bakgrund, att öka precisionen i partikelspårsrekonstruktionen och kommer också att hjälpa till att skilja mellan primära och sekundära växelverkanspunkter. Undersökningar av pelletdetektionsmöjligheter och pelletströmmens egenskaper har gjorts vid Uppsala Pellet Test Station vid The Svedberglaboratoriet. Olika belysnings och detektionsvillkor har testats och optimerats. Den erhållna kunskapen har använts för att utveckla en Monte-Carlo procedur för att kunna simulera de olika experimenten med pelletar. Därefter genomfördes simuleringar av förväntade pelletspårningsprestanda för PANDA uppställningen. Prestanda och upplösning av spårningen kontrollerades för olika pelletsström och detektionsförhållanden. Två procedurer för spårrekonstruktion utvecklades för studien – en snabbare och en med högsta möjliga effektivitet. Den kommer att kunna användas i dataanalysen när fullskalig pelletspårning används ihop med ett partikeldetektorsystem. Studien gjordes för två fall, dels för en spårningssektion (placerad just under pelletgeneratorn) och dels med ytterligare en sektion (placerad just ovanför pelletdumpen). Studien visade att positionsupplösningen som förväntas från spårningssystemet är bättre än 100 μm (sigma) i varje riktning och att växelverkanspunkten kan rekonstrueras för 70-95% av de hadroniska händelserna, för lämpliga pelletströms- och detektionsvillkor. Användningen av pelletspårningsinformationen i analysen av hadroniska händelsedata diskuterades m.a.p. datainsamling, m.a.p. partikelspårsrekonstruktion ihop med PANDA's mikrovertexdetektor och m.a.p. klassificering av händelser. Det gjordes testmätningar med WASA-uppställningen vid FZJ, Jülich i Tyskland för att se hur informationen om antalet pelletar i acceleratorstrålområdet kan användas i experimentets dataanalys. Den momentana frekvensen av elastiska spridningshändelser användes för en grov klassificering av händelsers ursprung såsom varande antingen från en pellet eller från någon källa till bakgrund. Studien visade klart att man kan skilja de båda klasserna åt. Studien gav också erfarenhet av hur man kan använda två synkroniserade datasystem – experimentets datainsamlingssystem och ett annat system som arbetar med en mycket längre tidsskala – liknande pelletspårningssystemets. / Wykonane zostały prace nad rozwojem systemu pozwalającego na optyczne śledzenie zamarzniętych wodorowych mikrokulek (pelletów). System przeznaczony jest do zastosowania w planowanym eksperymencie z dziedziny fizyki hadronowej, PANDA (FAIR, Darmstadt, Niemcy). Wiedza o położeniu punktu interakcji, uzyskana dzięki temu systemowi, poprawi redukcję tła, precyzję rekonstrukcji torów cząstek, a także pomoże w rozróżnianiu pierwotnych i wtórnych wierzchołków interakcji. Na Uppsalskiej Stacji Pelletowej (Uppsala Pellet Test Station) umieszczonej w Laboratorium The Svedberga, przeprowadzone zostały badania warunków detekcji pelletów i parametrów strumienia pelletowego. Różne warunki oświetlenia oraz detekcji pelletów zostały sprawdzone i zoptymalizowane. Uzyskana wiedza została użyta do stworzenia procedur Monte Carlo symulujących eksperymenty z pelletami. W następnym kroku przeprowadzone zostały symulacje śledzenia pelletów biorące pod uwagę więzy narzucone przez konstrukcję systemu PANDA. Wydajność systemu sprawdzona została dla różnych warunków strumienia pelletowego i detekcji pelletów. Stworzone zostały dwie procedury rekonstrukcji torów pelletowych -- procedura szybka i procedura wysokoefektywna. Badania przeprowadzone zostały dla jednej sekcji śledzącej (bezpośrednio poniżej generatora pelletów) oraz dla dwóch sekcji (druga bezpośrednio nad miejscem zbierania pelletów) i pokazały, że rozdzielczość systemu śledzenia może być lepsza niż 100 μm (sigma) w każdym z kierunków oraz że punkt interakcji będzie zrekonstruowany dla 70-95\% zdarzeń hadronowych, dla odpowiednich warunków strumienia pelletów i warunków detekcji. Użycie informacji ze śledzenia pelletów w analizie danych hadronowych zostało przedyskutowane uwzględniając proces zbierania danych, rekonstrukcję torów cząstek we współpracy z mikrodetektorem wierzchołków systemu PANDA, klasyfikację zdarzeń hadronowych oraz sposób traktowania różnych klas zdarzeń. Pomiary testowe z użyciem detektora WASA (FZJ, Jülich, Niemcy) zostały dokonane w celu sprawdzenia jak informacja o liczbie pelletów w obszarze wiązki może zostać użyta w analizie danych hadronowych. Chwilowe częstotliwości "elastycznych" triggerów systemu WASA zostały użyte w celu klasyfikacji zdarzeń hadronowych jako pochodzących z interakcji wiązka-pellet lub wiązka-tło. Badania wykazały iż możliwe jest rozróżnienie między tymi dwoma klasami zdarzeń. Uzyskano również doświadczenie w używaniu dwóch różnych systemów zsynchronizowanych ze sobą – eksperymentalnego systemu zbierania danych oraz innego systemu, działającego w znacznie dłuższej skali czasowej – podobnie do systemu śledzenia pelletów.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:uu-235671 |
| Date | January 2014 |
| Creators | Pyszniak, Andrzej |
| Publisher | Uppsala universitet, Kärnfysik, Jagiellonian University in Kraków, Poland, Uppsala |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Doctoral thesis, monograph, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | Uppsala Dissertations from the Faculty of Science and Technology, 1104-2516 ; 110 |
Page generated in 0.003 seconds