Development of signal processing algorithms for the ENUBET calorimeter
Creators: name: Αγγελής, Ιωάννης Βασιλείου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2021
Subjects: Φυσική νετρίνων
Πειραματική Φυσική
Φυσική Υψηλών Ενεργειών
Neutrino Physics
Experimental Physics
High Energy Physics

description: In the present dissertation, signal analysis methods are developed for the ENUBET (Enhanced NeUtrino BEams from kaon Tagging) calorimeter. ENUBET is a program that aims to develop the concept of monitored neutrino beams, where the production of neutrinos is monitored in the decay tunnel through the produced leptons. Large angle leptons can be measured through the instrumented decay tunnel and not decayed particles, mostly muons, are stopped by a hadron dump at the end of the tunnel. The interest of this work is the waveforms produced from the simulation framework of ENUBET for the calorimeter part of the decay tunnel and the development of techniques to deal with the pile up effects. Along with the waveforms, the information of the arrival time and the amount of photons that hit each silicon photomultiplier is given, named as lightsource information. Fourier transformations of the waveforms, along with the creation of a template pulse are used with a deconvolution algorithm, which includes a low pass filter to reduce the simulated electronic noise, in order to disentangle and identify individual peaks. Different models for the leading and the falling edge part of the peak were introduced, by studying single isolated peaks. The template pulse is created by averaging a sample of isolated and synchronized peaks. A simple model for the leading edge is employed, where one parameter is used to parameterized correction functions in respect to the slope of the leading edge and were generated after matching found peaks with the lightsource information. Finally, the results are presented for each calorimeter layer separately, with emphasis on the timing resolution.
description: Στην παρούσα διπλωματική εργασία αναπτύσσονται μέθοδοι ανάλυσης σήματος για τις ανάγκες του καλοριμέτρου του προγράμματος ENUBET (Enhanced NeUtrino BEams from kaon Tagging). Το ENUBET είναι ένα πρόγραμμα που στοχεύει στην ανάπτυξη παρακολοθούμενων δεσμών νετρίνων, όπου η παραγωγή των νετρίνων παρακολουθείται στη σήραγγα διάσπασης μέσω των παραγόμενων λεπτονίων. Τα λεπτόνια που διασπώνται σε μεγάλες γωνίες μπορούν να μετρηθούν από τους ανιχνευτές της σήραγγας διάσπασης και σωματίδια που δεν έχουν διασπαστεί, κυρίως μιόνια, ανιχνεύονται από ανιχνευτές στο τέλος της σήραγγας. Το ενδιαφέρον της εργασίας περιορίζεται στις κυματομορφές που παράγει το πακέτο προσομοίωσης του ENUBET για το καλορίμετρο της σήραγγας, με σκοπό να μελετήσει την συσσώρευση των παλμών. Μαζί με τις κυματομορφές, δίνεται και ο χρόνος του πρώτου φωτονίου μαζί με τον αριθμό των φωτονίων που έφτασαν στον αισθητήρα του φωτοπολλαπλασιαστή πυριτίου, η οποία ονομάστηκε πηγή φωτός. Μετασχηματισμοί Fourier των κυματομορφών μαζί ένα πρότυπο παλμό χρησιμοποιήθηκαν σε ένα αλγόριθμο αποσυνέλιξης, ο οποίος περιλαμβάνει ένα χαμηλοπερατό φίλτρο για την μείωση του προσομοιωμένου ηλεκτρονικού θορύβου, ώστε να αντιμετωπιστεί η αλληλοεπικάλυψη των παλμών και να εντοπιστούν οι κορυφές κάθε μια ξεχωριστά. O πρότυπος παλμός δημιουργείται από τον μέσο όρο ενός πλήθος μεμονωμένων παλμών, οι οποίοι έχουν συγχρονιστεί ώστε να αρχίζουν την ίδια χρονική στιγμή. Παρουσιάζονται τρόποι μοντελοποίησης του σχήματος ενός μεμονωμένου παλμού, ξεχωριστά για την αρχή και την ουρά του παλμού. Διορθωτικές συναρτήσεις δημιουργήθηκαν με σκοπό την βελτίωση του πειραματικού χρόνου των παλμών, συγκρίνοντας τις διαφορές χρόνου από την προσομοίωση των παλμών και από τον πειραματικό χρονισμό τους. Τέλος, παρουσιάζονται αποτελέσματα από ένα πλήθος κυματομορφών με ιδιαίτερο βάρος στην αποδοτικότητα των μεθόδων και την ακρίβεια χρονισμού.