Analyse der Triggerfähigkeiten zur Selektion hadronischer Ereignisse und Entwicklung eines Hochgeschwindigkeits-Triggers für den Vorwärtskonus des Crystal-Barrel-Detektors

Abstract

<p>Das CBELSA/TAPS Experiment befasst sich im Rahmen des Sonderforschungsbereichs TR16 "Elektromagnetische Anregung subnuklearer Systeme" mit Untersuchungen zur Struktur der Baryonen. <br /> Für die aktuelle Messperiode wurde der seit 1999 bestehende experimentelle Aufbau um mehrere Komponenten erweitert. So ermöglicht das nun eingesetzte polarisierte Target, zusammen mit dem polarisierten Elektronenstrahl des Beschleunigers ELSA, Doppelpolarisationsexperimente, die einen weitreichenderen Zugang zur Analyse des Anregungsspektrums der Baryonen erlauben als es mit dem bisherigen Aufbau möglich war. Weiterhin wurden auch die Detektorkomponenten weiterentwickelt und erweitert. So wurde für den Winkelbereich von 12°-30° des Hauptkalorimeters ein neuer modularer Detektor für neutrale und geladene Teilchen entwickelt. <br /> Um die gesuchten Observablen effizient messen zu können, ist ein auf die Anforderungen optimierter Trigger notwendig, der schon bei der Datennahme eine gute Selektion der Daten gewährleistet. Aus diesem Grund wurde im Rahmen dieser Dissertation ein schnelles Clusterfindersystem für den oben genannten Detektor entwickelt. Durch seinen Clustering-Algorithmus können in den Kristallen aufschauernde Photonen, deren Energiedeposition sich auf mehrere Kristalle verteilt, identifiziert werden. Dies ermöglicht zur Laufzeit des Triggers die Bestimmung der Anzahl der Teilchen, die den Vorwärtsdetektor getroffen haben. Der erlaubte Zeitrahmen für diese Entscheidung beträgt inklusive aller Elektronik ~200 ns. Hierzu wurde dedizierte Hardware entwickelt, die diese Anforderungen erfüllt. Dieses neue Triggersystem wurde in die Ausleseelektronik des Vorwärtsdetektors integriert, optimiert und erfolgreich in Betrieb genommen. Weiterhin wurde die Auslese der Analogsignale des Vorwärtsdetektors aufgebaut und geeicht. Die Kombination beider System bietet zusätzlich einen Ansatzpunkt zur Analyse des teilchenabhängigen Ansprechverhaltens der im Kalorimeter verwendeten CsI-Kristalle. Erste Ergebnisse hierzu werden in dieser Arbeit gezeigt.<br /> Neben den technischen Entwicklungen beschreibt die vorliegende Arbeit weiterhin die Leistungsfähigkeit und experimentelle Relevanz dieses neuen Systems und zeigt erste Daten vom erfolgreichen Einsatz am CBELSA/TAPS Experiment.</p>

<p><b>Analysis of the trigger capabilities for the selection of hadronic events and development of a high speed trigger for the forward cone of the Crystal-Barrel detector</b><br /> The focus of the CBELSA/TAPS experiment within the Sonderforschungsbereich TR16 "Electromagnetic excitation of subnuclear systems" is the research of the structure of baryons. <br /> The experimental setup was upgraded with various new componentes for the current datataking period. By utilizing a polarized target in combination with the polarized electronbeam of the ELSA accelerator, double-polarization experiments are possible. These allow the determination of additional observables which will provide valuable input for the analysis of the excitation spectrum of baryons. Furthermore various subdetectors were modified and extended. For the angular range of 12°-30° with respect to the beam axis a new modular detector for both neutral and charged particles was developed. <br /> The measurement of the aforementioned observables requires an optimized trigger which guarantees a good preselection of events during datataking. Within the scope of this thesis a fast clusterfinding system for the detector mentioned above was developed for this reason. By means of its clustering-algorithm it can identify the number of photons hitting the crystals of the forward detector which give rise to electromagnetic showers. The allowed timeframe for this clustering decision is 200 ns. To achieve this a dedicated hardware solution was developed. This new trigger-system was optimized and integrated into the forward-detector readout electronics where it was successfully commissioned. Furtheron the analogue signal chain for energy determinatione was commissioned and calibrated. The combination of both systems allows for the analysis of particle dependent response of the used CsI crystals. First results are also presented in this thesis. <br /> Besides the technical developments this thesis also demonstrates the performance and experimental relevance of these new systems and presents first data of the current datataking period. </p>