Fortschrittliche Algorithmen für Silizium-Spurdetektoren

Heutige Teilchenphysik-Experimente setzen auf positionssensitive Siliziumsensoren für die Rekonstruktion von Zerfallspunkten, Teilchenspuren, und verstärkt auch für Impulsmessung. Das Belle-II-Experiment am Forschungszentrum KEK (Tsukuba, Japan) untersucht CP-Verletzung, und verwendet zwei verschiedene Arten von Siliziumsensoren, um die Zerfallspunkte der vom Beschleuniger SuperKEKB erzeugten B-Mesonen zu vermessen. Der innerste Pixel Detector PXD besteht aus zwei Lagen neuartiger DEPFET-Sensoren (Depleted P- channel Field Effect Transistor), die präzise, eindeutige 2D-Positionsmessungen mit grober Zeitauflösung liefern. Die nächsten vier Lagen des Silicon Vertex Detector SVD verwenden doppelseitige Silizium-Streifensensoren, die 2D-Positionsmessungen mit hoher Zeitauflösung liefern. Die gemessenen Positionen können allerdings manchmal uneindeutig sein. Beide Sensortechnologien müssen eine Symbiose eingehen, um ihr volles Potenzial auszuschöpfen: präzise, eindeutige Vertex- Rekonstruktion mit genauer Zeitinformation. Primäres Forschungsziel Korrektur systematischer Abweichungen der Positionsmessung: Durch Pulshöhenauslese der Siliziumsensoren lassen sich Positionsgenauigkeiten deutlich besser als der Abstand der Sensorelemente (also Pixel für den PXD, Streifen für den SVD) erreichen. Hierbei benutzt man die Signalamplituden für eine Interpolation zwischen den Sensorelementen. Aber die Relation zwischen den Amplituden und der Position ist oft sehr nichtlinear, was zu einer systematischen Verschiebung der gemessenen Position führt. Es ist zu beachten, dass alle Teilbereiche der Spurrekonstruktion von präzisen Positionsmessungen abhängig sind: Detektorausrichtung, Finden und Rekonstruktion von Teilchenspuren, und Vertexrekonstruktion. Ich möchte der Spurrekonstruktions-Gruppe von Belle II beitreten um eine Korrektur dieses Effekts im Belle II Software Framework zu implementieren, und deren Einfluss auf die Qualität von Spur- und Vertexrekonstruktion studieren. Es ist das erste Mal, dass eine Korrektur dieses Effekts in einem großen Teilchenphysik-Experiment angewandt wird. Erweitertes Forschungsziel Kombination von PXD- und SVD-Onlinedaten: Während der langen Auslesezeit des PXD werden viele uninteressante Hintergrundereignisse akkumuliert, und man kann es sich nicht leisten, alle davon zu speichern. Mit dem schnellen Hough- Transformation-Algorithmus kann man Spuren im SVD finden und rekonstruieren, sie zum PXD extrapolieren, und interessante Regionen auf den PXD-Sensoren definieren. Nur Ereignisse innerhalb dieser Regionen werden zur Datennahme weitergeleitet. Das passiert auf Trigger-Level in schneller FPGA-Logik, und macht die Auslese des PXD erst möglich. Es ist das erste Mal dass Spurrekonstruktion online ausgeführt wird, noch vor einer Trigger-Entscheidung. Wenn die Zeit es zulässt möchte ich das daran arbeitende PXD-Team verstärken und mein Wissen über Siliziumsensoren allgemein und den SVD im Speziellen beitragen. Beide Forschungsziele brauchen Detailwissen über den PXD, die verwendeten Sensoren, die Auslesekette, und das Software Framework. Deswegen muss ich in München anwesend sein, wo der DEPFET-Sensor erfunden wurde und produziert wird, und wo der Kern der PXD-Gruppe arbeitet.