Математическое обеспечение для реконструкции колец черенковского излучения и идентификации электронов в RICH детекторе эксперимента СВМ

• Автор: Лебедев, Семен Александрович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Дубна
• Количество страниц: 94 с. : ил.

Содержание
Введение

Глава 1. Эксперимент СВМ

1.1. Физическая программа эксперимента

1.2. Обзор установки

1.3. Задача идентификации электронов

1.4. Детектор черепковского излучения I

1.5. Моделирование, реконструкция и анализ событий

Глава 2. Обзор методов реконструкции колец в I детекторах .

2.1. Введение.

2.2. Итерационный метод.

2.3. Отношения функций максимального правдоподобия .
2.4. Сравнения с эталонным изображением метод масок.
2.5. Нечеткая кластеризация.
2.6. Эластичная нейронная сеть
2.7. Преобразование Хафа
2.8. Выводы.
Глава 3. Алгоритмы реконструкции колец черенковского излучения и идентификации электронов в I детекторе эксперимента СВМ.
3.1. Введение.
3.2. Алгоритм локального поиска колец.
3.3. Оценка параметров колец черенковского излучения
3.4. Глобальный отбор колец.
3.5. Идентификация электронов в I детекторе.
3.. Программная реализация
3.7. Оптимизация детектора I
3.8. Результаты
3.9. Выводы
Глава 4. Применение параллельных вычислений в алгоритме реконструкции колец черепковского излучения
4.1. Введение
4.2. Оптимизация алгоритмов
4.3. Обзор методов и технологий
4.4. Распараллеливание алгоритма реконструкции колец.
4.5. Распараллеливание на уровне событий.
4.6. Результатт,I
4.7. Выводы
Заключение.
Литература


Одной из основных задач в эксперименте СВМ является идентификация электронов2, которая необходима для реконструкции J/ф и ф' мезонов и легких векторных мезонов (р, шу ф) при распаде по диэлектронному каналу. С одной стороны, требуется хорошая эффективность идентификации электронов, с другой стороны, необходимо хорошее подавление пионов, так как они составляют основной фон при физическом анализе. Для идентификации электронов и подавления пионов будут использованы детектор черепковского излучения RICH (Ring Imaging CHerenkov) и детектор переходного излучения TRD (Transition Radiation Detector). Детекторы RICH широко применяются во многих экспериментах в физике высоких энергий как часть системы идентификации частиц (см. Принцип работы RICH детектора основан на том, что при прохождении частицы в среде, характеризуемой показателем преломления п, со скоростью Vy превышающей скорость света в данной среде, испускается черепковское излучение под углом 0 к траектории движения частицы, при этом cosO = 1 /fin, где 0 — у/с. Угол 0 зависит от типа частицы и ее импульса. В RICH детекторах черепковские фотоны регистрируются напрямую фотодетектором (или фокусируются сферическим зеркалом на фотодетсктор) в виде изображения колец. Скорость заряженной частицы определяется по радиусу кольца, на котором располагаются фотоны, в соответствии с конструкцией и оптической системой детектора. RICH детектор часто используется для идентификации частиц совместно с детектором для измерения импульса, так как совокупность информации о скорости и импульсе частицы позволяет определить ее массу, по которой она может быть идентифицирована. Для определения угла, под которым испускается черепковское излучение, необходимо распознать и оценить параметры колец. Поэтому реконструкция колец в событиях является важной задачей для всех RICH детекторов. Здесь и далее предполагается идентификация электронов и позитронов. В диссертации представлены алгоритмы реконструкции событий в RICH детекторе эксперимента СВМ. К этим алгоритмам предъявляются следующие требования: 1) высокая скорость работы алгоритмов из-за необходимости обрабатывать большой поток данных, 2) высокая эффективность распознавания колец, 3) устойчивость вычислений к обработке событий с большой множественностью частиц. Проведенный анализ показал, что существующие алгоритмы не удовлетворяют таким требованиям по эффективности и/или скорости работы. Поэтому возникла необходимость развития существующих и разработки новых, более эффективных алгоритмов. Одним из способов ускорения процесса обработки являются параллельные вычисления. Современная архитектура процессоров развивается по пути увеличения количества вычислительных ядер и применения векторных вычислений, что позволяет существенно повысить эффективность работы программ при использовании параллельных алгоритмов. Для эксперимента СВМ создание новых алгоритмов реконструкции событий является актуальной в плане повышения их эффективности. Решение таких задач позволяет улучшить качество анализа физических результатов, а также оптимизировать конструкцию RICH детектора. Цель диссертационной работы состоит в разработке быстрых и эффективных алгоритмов, а также тестировании и практическом внедрении программного обеспечения для реконструкции колец черепковского излучения и идентификации электронов в RICH детекторе эксперимента СВМ. С. провести исследования по оптимизации конструкции RICH детектора и выработать требования но ее улучшению. Научная новизна. Разработана новая алгоритмическая и программная реализация преобразования Хафа для реконструкции колец черепковского излучения, которая характеризуется высокой скоростью вычислений и эффективностью реконструкции черенковских колец в условиях высокой множественности частиц. Предложен и программно реализован оригинальный критерий оценки качества найденных колец, основанный на применении искусственной нейронной се ти (ИКС). На основе этого критерия разработана процеду ра отбора колец из массива кандидатов, найденных программой распознавания. Процедура удаляет ложные кольца без потери эффективности распознавания.