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Zusammenfassung
  • Das Compressed Baryonic Matter (CBM)-Experiment ist ein geplantes Fixed-Target-Experiment, das derzeit an der Facility for Antiproton and Ion Research (FAIR) der GSI in Darmstadt aufgebaut wird. Das CBM-Experiment dient dazu, das QCD-Medium bei hohen Netto-Baryonendichten und moderaten Temperaturen zu charakterisieren. Di-Elektronen interagieren elektromagnetisch und werden vom starken Medium nicht beeinflusst. Sie werden daher als durchdringende Sonde verwendet, um das QCD-Medium zu verstehen, das in den Anfangsphasen von Schwerionenkollisionen entsteht. Eine effiziente Identifizierung der Elektronen mit minimaler Pionkontamination ist für die Di-Elektronen-Analyse von größter Bedeutung. Das CBM-Experiment verwendet einen Ring Imaging Cherenkov Detektor (RICH) als primären Elektronidentifikationsdetektor. Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf der Verbesserung der Identifikationsleistung des RICH durch die Charakterisierung seiner Ausleseelektronik und Umstrukturierung des Software-Rekonstruktionsschemas für Elektronen. Der erste Teil der Arbeit beschreibt einen speziellen Laboraufbau zur Charakterisierung der DIRICH-Frontend-Elektronik des RICH. Diese Studie zielt darauf ab, die Leistung der DIRICH-Elektronik bei hoher Photonenrate und hoher gleichzeitiger Photonenlast im Sensor zu bewerten. Weiterhin werden ergänzende Messungen beschrieben, darunter die Vermessung des Übersprechens durch Ladungsaufteilung zwischen benachbarten Kanälen, die Bestimmung der Zeitgenauigkeit des DIRICH-Frontend-Moduls und das, durch das Power-Modul induzierte, zusätzliche elektronische Rauschen. Im zweiten Teil dieser Arbeit wird die Entwicklung eines neuartigen Rekonstruktionsschemas für Elektronen detailliert beschrieben. Herkömmlicherweise wird für die Elektronenidentifizierung im RICH ein künstliches neuronales Netzwerk auf Basis eines einfaches Perzeptrons verwendet. In dieser Arbeit wird der Ersatz des herkömmlichen ANN durch tree-based Ensemble-Modelle diskutiert. Darüber hinaus wird die Leistung des verbesserten Modells durch die Nutzung der Tracking-Fähigkeit des Transition Radiation Detectors (TRD) weiter verbessert, der sich strahlabwärts vom RICH befindet. Ein Hauptgrund für die Fehlidentifizierung von Pionen im RICH sind Cherenkov-Ringe von Elektronen die nicht in der Spurrekonstruktion erfasst wurden. Diese Elektronen stammen hauptsächlich aus der Photonenumwandlung im Detektormaterial nach den Spurrekonstruktions-Stationen. Die letzten Abschnitte dieser Arbeit beschreiben eine robuste Methode zur Reduzierung des Beitrags dieser Umwandlungselektronen im Rekonstruktionsalgorithmus. Im abschließenden Abschnitt dieser Arbeit wird die Rekonstruktion der Omega-Mesonen über ihren Di-Elektronen-Zerfallskanal unter Verwendung des in dieser Arbeit entwickelten, verbesserten Elektronidentifizierungsschemas vorgestellt.
Abstract
  • The Compressed Baryonic Matter (CBM) experiment is an upcoming fixed-target experiment being constructed at the Facility for Antiproton and Ion Research (FAIR) at GSI, Darmstadt. The CBM experiment is designed to characterize the QCD medium at high net-baryon densities and moderate temperatures. Di-electrons interact electromagnetically and are unaffected by the strong medium. They are therefore used as a penetrating probe for understanding the QCD medium produced in the initial stages of heavy-ion collisions. Efficient identification of the electrons with minimum pion contamination is paramount for the di-electron analysis. The CBM experiment uses a Ring Imaging Cherenkov detector (RICH) as the primary electron identification detector. The focus of this thesis is to improve the identification performance of the RICH by characterizing its readout electronics and restructuring its software reconstruction scheme for electrons. The first part of the thesis describes the dedicated lab setup characterizing the DIRICH front-end electronics of the RICH. This study aims to evaluate the performance of the DIRICH electronics at high photon rate and high simultaneous photon occupancy in the sensor. Furthermore, supplementary measurements including the neighboring channel charge sharing crosstalk, the timing precision of the DIRICH front-end board, and the electronic noise-emitting characteristics of the power module are described. In the second part of this thesis, the development of a novel reconstruction scheme for electrons is described in detail. Conventionally, an artificial neural network based on a single-layer perceptron is used for electron identification in RICH. This thesis discusses the replacement of the conventional ANN with tree-based ensemble models. Furthermore, the performance of the upgraded model is further improved by exploiting the tracking capability of the transition radiation detector (TRD) situated downstream of the RICH. One major reason for pion misidentification in the RICH is Cherenkov rings from untracked electrons stemming from photon conversion in the detector material after the tracking stations. The latter sections of this thesis describe a robust method for reducing the contribution of these conversion electrons in the reconstruction algorithm. In the concluding section of this thesis, the reconstruction of the omega mesons via its di-electron decay channel, using the enhanced electron identification scheme developed during this thesis, is presented.
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