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Title
Track reconstruction in the forward region of the detector ILD at the electron-positron linear collider ILC / Robin Glattauer
AuthorGlattauer, Robin
CensorFrühwirth, Rudolf ; Mitaroff, Winfried
Published2012
DescriptionX, 124 S. : Ill., graph. Darst.
Institutional NoteWien, Techn. Univ., Dipl.-Arb., 2012
Annotation
Zsfassung in dt. Sprache
LanguageEnglish
Document typeThesis (Diplom)
Keywords (DE)Hochenergiephysik / Spurrekonstruktion / ILC / ILD / Zellulärer Automat / Hopfield Netzwerk / Kalman Filter
Keywords (EN)high energy physics / track reconstruction / tracking / ILC / ILD / cellular automaton / Hopfield network / Kalman filter
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-55053 Persistent Identifier (URN)
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Track reconstruction in the forward region of the detector ILD at the electron-positron linear collider ILC [19.85 mb]
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Abstract (German)

Thema dieser Diplomarbeit ist die Rekonstruktion der Spuren geladener Teilchen im Vorwärtsbereich des International Large Detector (ILD), einem von zwei bestätigten Detektorkonzepten am zukünftigen International Linear Collider (ILC).250 Wörter (max. 5000 Zeichen!) Neuere Ergebnisse am Large Hadron Collider (LHC) lassen vermuten, dass der letzte noch fehlende Baustein des Standardmodells (SM) der Teilchenphysik, das Higgs-Boson, gefunden wurde. Komplementär zu LHC hätte ein Elektron-Positron Linear-Collider die Fähigkeit, mit hoher Präzision die Eigenschaften des Higgs-Bosons (z.B. Spin, Parität, Kopplungsstärken) zu erforschen, diese mit den Vorhersagen des SM zu vergleichen, und auch annahmefrei zur Suche nach Physik jenseits des SM, wie Supersymmetrie oder zusätzliche Raumdimensionen, beizutragen.

Experimente am ILD werden vom Tracking-System dieses Detektors profitieren, das aus einer großen Zeitprojektionskammer (time projection chamber, TPC) und mehreren Silizium-Spurdetektoren besteht, und das eine bisher unerreichte Spurauflösung, Redundanz und Raumwinkel-Hermetizität gewährt. Der Vorwärtsbereich von ILD, welcher den Raum zwischen Strahlrohr und TPC abdeckt, enthält den Forward Tracking Detector (FTD):

zwei Arme mit je sieben scheibenförmigen Siliziumdetektoren (zwei Pixel- und fünf doppelseitige Streifen-Detektoren).

Um die Hardware-Vorteile von ILD voll nutzen zu können, muss die Software zur Rekonstruktion der Kollisionsereignisse sowohl auf Präzision als auch auf Effizienz ausgerichtet sein. In diesem Zusammenhang wurde vom Autor neue Software zur Spurrekonstruktion im Vorwärtsbereich entwickelt (Pakete KiTrack und ForwardTracking): diese verarbeitet die Signale des FTD mit dem Ziel, die wahren Spuren, welche den FTD durchquert und diese Signale verursacht haben, effizient zu finden und präzise zu rekonstruieren.

Die benutzten Methoden basieren auf Algorithmen am neuesten Stand der Technik: einem zellulären Automaten, einem Kalman-Filter, und einem neuralen Hopfield-Netz. Die neuen Softwarepakete folgen einer modernen objektorientierten Philosophie, welche hohe Flexibilität und Wartbarkeit garantiert. Die Ergebnisse zeigen eine überlegene Leistung im Vergleich zu bisher verwendeter Software: gesteigerte Effizienzen, und eine besserer Bewältigung der erwarteten Untergrundsignale was Artefakte, Effizienz und Rechenzeit betrifft. Die in dieser Diplomarbeit vorgestellten Softwarepakete zum Vorwärts-Tracking wurden erfolgreich ins reguläre ILD-Framework zur Rekonstruktion von Kollisionsereignissen implementiert. Sie werden gegenwärtig in den Benchmark-Berechnungen für den Detailed Baseline Design (DBD) eingesetzt - einem Report, der die Machbarkeit und Grundeigenschaften des ILD darlegt, und der um das Jahresende 2012 publiziert werden soll.

Abstract (English)

The subject of this thesis is the reconstruction of charged particle tracks in the forward region of the International Large Detector (ILD), one of two validated detector concepts for the future International Linear Collider (ILC).

Recent results from the Large Hadron Collider (LHC) suggest that the last missing piece of the Standard Model (SM) of particle physics, the Higgs boson, could have been found. Complementary to the LHC, an electron-positron linear collider would have the capability to explore with high precision the characteristics of the Higgs boson (e.g. spin, parity, coupling strengths), to compare them against the predictions of the SM, and also give unbiased contributions to the search for physics beyond the SM, such as supersymmetry or extra spatial dimensions. Experiments at ILD will benefit from this detector's tracking system,consisting of a large central time projection chamber (TPC) augmented by several silicon tracking systems, granting unprecedented track resolution, redundancy and angular hermeticity. The forward region of ILD, covering the space between beam tube and TPC, contains the Forward Tracking Detector (FTD): two arms of seven disk-shaped silicon detectors (two Si pixel and five double-sided Si strip detectors). In order to fully exploit ILD's hardware assets, the software for event reconstruction must aim for both the highest level of precision and efficiency. In this context, new software for track reconstruction in the forward region was developed by the author (packages KiTrack and ForwardTracking): it processes the signals of FTD with the goal to efficiently find and precisely reconstruct the genuine tracks that have traversed FTD and caused these signals. The methods used are based on state-of-the-art algorithms: a cellular automaton (CA), a Kalman filter (KF), and a Hopfield neural network (HNN). The new packages follow a modern object-oriented design philosophy, granting high flexibility and maintainability. The results show superior performance w.r.t. older legacy software, yielding higher efficiencies and better handling of the expected background concerning ghost rate, efficiency and processing time.

The forward tracking packages presented in this thesis have been successfully implemented into the standard event reconstruction framework of ILD. They are currently used for benchmark event processing for the Detailed Baseline Design (DBD), a report outlining the feasibility and features of the International Large Detector, to be published around the end of this year.