Das Datenerfassungssystem für das Crystal-Barrel/TAPS-Experiment an ELSA

Abstract

Die Hadronenspektroskopie untersucht die Kräfte zwischen den Quarks in Hadronen. Dazu werden die Anregungsspektren der Hadronen untersucht und mit Modellen, wie zum Beispiel Konstituenten-Quarkmodellen, oder Gitter-QCD Rechnungen verglichen. Beim Vergleich zeigen sich in den Messungen fehlende Resonanzen bei höheren Energien. Die Suche nach weiteren Resonanzen, sowie die genauere Identifikation der physikalischen Eigenschaften der bisher gefundenen Resonanzen ist die Hauptaufgabe der Hadronenspektroskopie. Schwierigkeiten bereiten dabei die breiten und überlappenden Resonanzen. Dadurch können Resonanzen mit kleiner Kopplung nicht direkt erkannt und gemessen werden.<br /> Die Anregungen der Nukleonen können durch Streuexperimente mit Strahlteilchen (Sonden) verschiedener Art erfolgen. Dies können stark oder elektromagnetisch wechselwirkende Teilchen sein. Im Falle der starken Wechselwirkung können zum Beispiel Pi-Mesonen oder Kaonen benutzt werden. Im Falle der elektromagnetischen Wechselwirkung kann zum Beispiel mit Photonen oder Elektronen gestreut werden.<br /> Das Crystal-Barrel/TAPS-Experiment am ELSA-Teilchenbeschleuniger in Bonn hat sich auf die Messung der Anregungsspektren von Protonen und Neutronen spezialisiert, wobei in diesem Experiment die Anregung durch Beschuss mit reellen Photonen erfolgt. Zur Bestimmung von kleinen Resonanzbeiträgen ist es dabei notwendig Polarisationsobservablen zu messen. Dazu werden polarisierten Nukleonen und Photonen benutzt oder das rückgestreute Nukleon gemessen. Um diese Polarisationsmessungen effektiv durchführen zu können, wurden die Detektoren des Crystal-Barrel/TAPS-Experiments umgebaut, erweitert und in einer andere Experimenthalle aufgebaut. Dadurch wurde es notwendig, eine neue Datenerfassung zu entwickeln, welche die Daten des umgebauten Experiments aufnehmen und speichern kann. Im Rahmen dieser Arbeit wurde diese Datenerfassung entwickelt und getestet. Die Datenakquisition wurde dabei in der Programmiersprache C++ implementiert, wobei die Boost-Erweiterung benutzt wurde. Die einzelnen Komponenten der Datenakquisition kommunizieren über das TCP/IP-Protokoll. Es wird im Rahmen dieser Arbeit gezeigt, dass die im Experiment entstehenden Daten gespeichert werden können, ohne dass dadurch eine zusätzliche Totzeit entsteht. Dabei wurde auf Zukunftssicherheit<br /> geachtet, so dass das Crystal-Barrel/TAPS-Experiment um weitere Komponenten erweitert werden kann, ohne eine signifikante Totzeit zu erzeugen. Zusätzlich wurde im Rahmen dieser Arbeit ein System entwickelt, mit dem die Integrität der Daten überprüft wird. Dadurch wird sichergestellt, dass die vom Experiment gemessenen Ereignisse korrekt zusammengesetzt werden. Außerdem wurde ein neues Trigger-Modul entwickelt, mit dem charakteristische Signale der Detektoren auf gewünschte Signaturen untersucht werden, um die Auslese und Speicherung der Daten zu starten.<br /> Mit der neuen Datenerfassung war es möglich, in zahlreichen Messperioden Daten zu speichern, aus denen dann in unterschiedlichen Reaktionskanälen Wirkungsquerschnitte und Polarisationsobservablen bestimmt wurden. Die Daten, die mit der im Rahmen dieser Arbeit entwickelte Datenakquisition gespeichert wurden, bilden damit die Basis für zahlreiche Doktorarbeiten und Veröffentlichungen.