Photoproduktion γ p -> π⁰π⁰ Ergebnisse und Entwicklung einer schnellen FADC-Auslese für Doppelpolarisationsexperimente

Abstract

Der Crystal-Barrel-Detektor ist ein am Bonner Elektronenbeschleuniger ELSA installiertes Detektorsystem zur Untersuchung von Baryonresonanzen mittels Photoproduktions-Experimenten. Mit einem abgedeckten Raumwinkelbereich von 98 % von 4 p und einer hohen Sensitivität auf neutrale Teilchen (Photonen) ist er besonders gut geeignet zur Suche nach bisher noch nicht nachgewiesenen Baryonresonanzen im Massenbereich bis zu 2,5 GeV/c². Mit dem Experiment wurden Messungen zur Doppelpionproduktion im Kanal γp -> p p⁰ p⁰ durchgeführt. Erste Ergebnisse einer Partialwellenanalyse der aufgenommenen Daten werden in dieser Arbeit präsentiert und mit bisherigen Messungen sowie mit theoretischen Vorhersagen verglichen. Zur Auflösung von Ambiguitäten in den Ergebnissen der Partialwellenanalyse werden Messungen mit Doppelpolarisation unter Verwendung eines polarisierten Photonenstrahls und eines polarisierten Butanol-Targets benötigt. Letzteres erzeugt jedoch einen hohen zusätzlichen elektromagnetischen Untergrund aufgrund von Paarbildung und Comptonstreuung primär in Vorwärtsrichtung. Dieser Untergrund muss stark reduziert werden, um die neuen Doppelpolarisations-Messungen im Kanal γp -> p p⁰ p⁰ durchführen zu könnnen. <br /> Neben einem Tscherenkow-Detektor zur Reduktion der elektromagnetischen Ereignisse kann hierzu ein Flash-Analog-Digitalkonverter (Flash-ADC) zur Auslese der Kalorimeterkristalle und zur Erkennung von überlagerten Signalen im Vorwärtsbereich eingesetzt werden. Hiermit können nicht nur Startzeitpunkt und Amplitude der Signale aufgezeichnet werden, sondern es ist möglich, die gesamte Signalform zu digitalisieren, zu speichern und zu analysieren. Damit können elektromagnetische Ereignisse erkannt werden, die die Signale der hadronischen Ereignisse überlagern und die Energieinformation verfälschen. Mittels der Signalform kann die Energieinformation des hadronischen Ereignisses rekonstruiert werden.<br /> Diese Arbeit beschreibt die Entwicklung und Erprobung einer sehr schnellen Schnittstellenkarte für die Steuerung und Auslese eines Struck DL300-Flash-ADC-Systems, welches die bisherige softwarebasierte Auslese und die Schnittstelle zu den nicht mehr verwendeten Motorola 68000er CPUs ersetzen soll.<br /> Um eine möglichst schnelle Verarbeitung und Speicherung der Daten zu ermöglichen, wurde eine Schnittstelle auf Basis eines feldprogrammierbaren integrierten Schaltkreises der Firma Xilinx entwickelt, welcher auf einer PCI/PMC-Steckkarte zusammen mit schnellem Speicher untergebracht ist und die Daten an den Ausleseprozessor über einen direkten Speichertransfer aus dem Speicher der Kontrollkarte an die eingesetzte CPU übertragen kann. Die Auslese des DL300-Systems erfolgt dabei autonom auf dem integrierten Schaltkreis. Erste Testmessungen im Labor zeigen, dass die Flash-ADC-Auslese funktionstüchtig ist und Datenraten von 1 kHz oder mehr erreicht werden können. Desweiteren werden die Erstellung einer graphischen Kontrollsoftware für das Datenerfassungssystem in Kombination mit einem System zur Verarbeitung, Speicherung und Anzeige von Statusinformationen der Datenerfassung, sowie ein Hardware-Synchronisationsmodul und ein Interruptmodul auf Basis einer seriellen RS-232-Schnittstelle für den Linux-Kernel vorgestellt, die ebenfalls im Rahmen dieser Arbeit entwickelt wurden.