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Spurerkennung in der zentralen Driftkammer

  Bei der Analyse von Experimenten mit der CDC macht alleine schon die Anzahl der Ereignisse eine automatische Spurerkennung unerläßlich. Hierbei stellt die große Multiplizität geladener Teilchen aus zentralen Kollisionen im Akzeptanzbereich der CDC besonders hohe Anforderungen an die verwendeten Tracking-Programme. In Abbildung 2.5 ist ein solches Ereignis mit ca. 4500 Hits in der CDC gezeigt. Aufgabe der Tracking-Programme ist es, diese Hits zu Spuren zusammenzusetzen und die Spurparameter zu extrahieren. Die Spurparameter sind der Radius der gekrümmten Spur, der Emissionswinkel tex2html_wrap_inline2001 in der Ebene senkrecht zur Strahlachse und der Emissionswinkel tex2html_wrap_inline2003 in Strahlrichtung. Zusätzlich wird noch der mittlere Energieverlust für die Spur aus den einzelnen Energieverlusten der Hits berechnet. Letzteres ist für die in Abbildung 2.8 gezeigte Teilchenidentifikation notwendig.

Man unterscheidet bei Tracking-Programmen lokale und globale Methoden. Lokale Methoden starten in Zonen geringer Spurdichte, d.h. in den Außenbereichen der CDC. Werden dort zusammenhängende Spursegmente gefunden, wird mit dem jeweiligen Trackmodell (Gerade, Kreis, Parabel etc.) in die inneren Bereiche der Kammer extrapoliert und dort nach weiteren zugehörigen Hits gesucht. Wenn dort innerhalb des Suchfensters - der erlaubten Abweichung eines Hits von der Spur - nicht mehr genügend Hits gefunden werden, wird dieser Trackkandidat verworfen. Weil auf diese Weise einzelne Hits mehrmals Trackkandidaten zugeordnet werden können, steigt der Aufwand ungefähr quadratisch mit der Zahl der Hits in der Kammer. Außerdem müssen die Spurparameter während der Suche ständig nachjustiert werden, um die Extrapolation für die nächsten Hits zu verbessern.

Mit zunehmender Spurdichte steigt aber auch die Wahrscheinlichkeit falscher Zuordnungen, weil rein statistisch immer mehr Hits in das jeweilige Suchfenster fallen. Umgekehrt sind Spuren, die große Lücken zwischen einzelnen Hits aufweisen, mit lokalen Methoden kaum mit genügender Sicherheit zu finden. Die Chance, falsche Hits zuzuordnen und damit in die falsche Richtung gelenkt zu werden, ist zu groß. Die für die CDC nötige Unterscheidung zwischen Spur und Spiegelspur kann erst getroffen werden, wenn die gefundene Spur gefittet wurde. Zeigt die Spur zu weit am Target vorbei, handelt es sich um die Spiegelspur (Abbildung 2.6). Die andere Möglichkeit der Identifikation über das in Abbildung 2.7 gezeigte Staggering der Zähldrähte stieß wegen der in diesem Experiment erreichten Ortsauflösung von ca. 500 tex2html_wrap_inline2145 m auf Grenzen.

Globale Methoden führen zuerst eine Koordinatentransformation durch und reduzieren die Spurerkennung auf die Suche nach Peaks in einem Histogramm (Conformal Mapping) oder in einer Ebene (Hough Transformation). Die Ambiguität von Spur und Spiegelspur wird durch die jeweilige Transformation beseitigt. Nur Spuren, die vom Wechselwirkungspunkt stammen, produzieren überhaupt einen Peak. Diese Methoden berücksichtigen jeden Hit nur einmal, so daß der Rechenaufwand linear mit der Anzahl der Hits steigt. Auch besitzen diese Methoden eine bessere Auflösung bei hohen Spurdichten und haben weniger Schwierigkeiten bei größeren Lücken zwischen den Hits einer Spur.

Bei der Analyse der CDC-Daten kamen zwei lokale und zwei globale Methoden zum Einsatz. Die beiden lokalen Methoden unterscheiden sich im wesentlichen durch das benutzte Trackmodell. ''Lokales Tracking I'' sucht Spuren, die eher auf einer Geraden liegen, d.h. Spuren, die von Teilchen mit einem großen Transversalimpuls stammen. ''Lokales Tracking II'' sucht kreisförmige Spuren und ist damit besonders für kleine Transversalimpulse und damit für Pionenspuren geeignet. Dieses Programm wurde speziell dafür entwickelt, sekundäre Vertices aufzuspüren (z.B.  tex2html_wrap_inline2259 ). Die Identifikation einer Spiegelspur, die keine Sektorgrenze kreuzt, erfolgt daher nicht über die Forderung nach einem gemeinsamen Vertex der Spuren. Die Unterscheidung zwischen Spur und Spiegelspur muß daher fast ausschließlich unter Ausnutzung des Staggering durchgeführt werden. Das führte dazu, daß in ca. 20% der Fälle die Spiegelspur ausgewählt wurde.

Als globale Methoden kamen das Conformal Mapping [Pel94] und die in [Bes93] entwickelte adaptive Hough Transformation zum Einsatz. Die in [Goe92] beschriebene Softwarestruktur für die CDC-Analyse ermöglicht über die Definition geeigneter Schnittstellen einen einfachen Austausch der verwendeten Tracking-Programme. Zusätzlich ist es möglich, verschiedene Tracking-Programme hintereinander arbeiten zu lassen. So können leicht zu identifizierende gerade Spuren mit dem schnellen Lokalen Tracking I aussortiert werden und die verbleibenden Hits durch kompliziertere und damit zeitaufwendigere Methoden analysiert werden.

Folgende Kombinationen kamen zum Einsatz:


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Chris Pinkenburg
Fri Aug 23 16:35:45 CST 1996