Entwicklung, Implementierung und Test eines FPGA-Designs für die Level-1-Frontend-Elektronik des Äußeren Spurkammersystems im LHCb-Detektor
Creators: name: Nedos, Mirco
Publisher: name: Technische Universität Dortmund
Year: 2009
Subjects: subject: LHCb
subject: Tell1
subject: Outer tracker readout
subject: 530

description: Die Entdeckung der Antimaterie war eine der bedeutendsten Ereignisse der Physik im vergangenen Jahrhundert. Darauf aufbauende Forschungen ergaben, dass unmittelbar nach dem Urknall eine Materie-Antimaterie-Symmetrie existierte, die im Laufe der Expansion des Universums zu Gunsten der Materie gebrochen wurde. Die Ursachen dieser Symmetriebrechung und der ihr zu Grunde liegende Mechanismus sind bis heute nicht abschließend geklärt und deshalb Gegenstand weiterer Untersuchungen. Bereits 1967 formulierte der Physiker Andrei D. Sacharow drei notwendige Bedingungen für die Bildung dieser Asymmetrie. Neben der Notwendigkeit einer Baryonenzahl verletzenden Wechselwirkung und der Bildung eines thermodynamischen Ungleichgewichts während der Expansion des Universums, wird die Existenz von CP-verletzenden Prozessen als wesentliches Kriterium angesehen. Diese wurden bereits in einer Vielzahl von Experimenten der Hochenergiephysik nachgewiesen und sind im Standardmodell der Teilchenphysik durch die unitäre CKM-Matrix beschrieben. Die Stärke der beobachteten CP-Verletzung reicht allerdings allein nicht aus, um die Größenordnung des Materieüberschusses zu erklären. Dies ist ein Hinweis auf mögliche Beiträge von Prozessen, die im Standardmodell noch nicht erfasst sind. Es wird die Aufgabe künftiger Experimente der Teilchenphysik sein, diese Neue Physik zu entdecken, das Standardmodell durch Präzisionsmessungen zu prüfen und die Grundlagen für seine Erweiterung zu liefern. Heute - im Jahr 2008 - wurde der Aufbau der vier großen Experimente ATLAS, ALICE, CMS und LHCb am Large Hadron Collider des CERN erfolgreich abgeschlossen. Die Untersuchung der CP-Verletzung ist Schwerpunkt des LHCb-Experiments. Es wird die Zerfälle von B-Hadronen untersuchen und die Unitarität der CKM-Matrix durch genauere Messungen überprüfen. Als Messapparatur dient dabei ein Spektrometer, das aus verschiedenen Teildetektoren aufgebaut ist. Bevor die physikalisch relevanten Ereignisse rekonstruiert und analysiert werden können, müssen die gemessenen Daten jedoch zuerst aus dem Detektor ausgelesen und gespeichert werden. Dies stellt hohe Anforderungen an die verwendete Technik, da enorme Datenmengen fehlerfrei aus einer strahlenbelasteten Umgebung zu übertragen sind. Als Beitrag zum LHCb-Experiment wurden im Rahmen dieser Arbeit Entwicklungen für die Level-1-Ausleseelektronik des äußeren Spurkammersystems des LHCb-Detektors durchgeführt und dessen Inbetriebnahme unterstützt. Nach einem einführenden Kapitel über die physikalischen Grundlagen der CP-Verletzung und den Aufbau des LHCb-Detektors, wird in Kapitel 3 die Funktionsweise des äußeren Spurkammersystems sowie der Aufbau der gesamten Auslesekette erläutert. Die Entwicklungen zur Integration des TELL1-Boards in die Auslesekette beschreibt Kapitel 4, während die Messungen, die im Verlauf der Inbetriebnahme des Detektors durchgeführt wurden, sowie deren Ergebnisse in Kapitel 5 zusammengefasst sind.