Detector hardware

Im ersten Teil dieser Arbeit wird die Analyse des Zerfalls J/ψ → ωπ⁺π⁻ präsentiert. Die Daten wurden dabei im Rahmen des BESIII-Experiments aufgenommen. Im Rahmen dieser Analyse wird eine Datenselektion samt ereignisbasierter Untergrundunterdrückung sowie eine Partialwellenanalyse zur Identifizierung der beitragenden Subzerfälle durchgeführt. Anschließend erfolgt eine Messung der Verzweigungsverhältnisse der Hauptbeiträge. Als signifikant beitragend mit einem Anteil von jeweils über 20% am Gesamtzerfall sind die Subzerfälle f­­­­­2(1270) → π⁺π⁻ und b1(1235)± → ωπ± identifiziert worden.

Im zweiten Teil werden die Entwicklungen der Front- und Seitenkühlung sowie der thermischen Isolierung der Vorwärtsendkappe des elektromagnetischen Kalorimeters des PANDA-Experiments vorgestellt, um die geforderte Betriebstemperatur von -25°C zu erreichen und einen geringen zeitlichen sowie räumlichen Temperaturgradienten innerhalb des Detektors zu gewährleisten.

Die vorliegende Dissertation besteht aus zwei Teilen: Im ersten Teil wird eine Analyse der Kanäle χc₂ → π⁺π⁻/K⁺K⁻ in radiativen ψ(2S) –Zerfällen präsentiert. Die Daten wurden dabei im Rahmen des BESIII-Experimentes aufgenommen. Es wurden die Multipolamplituden des radiativen Zerfalls und die Verzweigungsverhältnisse der χc₂ – Zerfälle bestimmt. Die Ergebnisse deuten auf ein verschwindendes anomales magnetisches Moment des Charm-Quarks sowie auf eine nicht-vorhandenen S-D-Mischung der ψ(2S)-Resonanz hin. Im zweiten Teil wird die Entwicklung eines Monitorierungssystems auf Basis eines Lichtpulsers zur Überwachung der Kristalle und der Ausleseelektronik für das elektromagnetische Kalorimeter des P¯ANDA- Experimentes vorgestellt. Neben Schaltplänen der Elektronik wird die mechanische Integration des Systems in der Vorwärtsendkappe des elektromagnetischen Kalorimeters präsentiert.

Die vorliegende Dissertation besteht aus zwei Teilen: Im ersten Teil werden Entwicklungen für das Detektorsteuersystem des elektromagnetischen Kalorimeters des PANDA-Detektors beschrieben. Hierfür wurden unter anderem eine Alarm- und Stromgrenzenregelung entwickelt, die den korrekten Detektorbetrieb sicherstellt und Beschädigungen vermeidet. Zudem wurde ein Datenbanksystem (Endkappen-Produktionsdatenbank) entwickelt, um den Aufbau der Vorwärtsendkappe des Kalorimeters zu begleiten und die Kennlinien der verbauten Photodetektoren zu speichern. Der zweite Teil beschreibt die Untersuchung angeregter η-Mesonen mit den Messdaten des CB/ELSA-Experimentes. Hier wird die η'-Produktionswinkelverteilung im Kanal η' → ηπ⁰π⁰ im Strahl-Energiebereich von 2500 bis 2950 MeV erstmalig bestimmt. Zudem wird der relative Wirkungsquerschnitt des η(1405) im Vergleich zum η' bestimmt zu 0,16 ± 0,05. Dies erreicht eine Signifikanz von 3,2σ und weist auf eine komplexere Natur des η(1405) hin.

The future PANDA experiment with a next generation detector will focus on hadron spectroscopy. It will use cooled anti-proton beams with a momentum between 1.5 GeV/c and 15 GeV/c interacting with various targets. This allows to direct form all states of all quantum numbers and measure there widths with an accuracy of a few tens of keV. The experiment will be located at the exceptional Facility for Anti-proton and Ion Research in Germany, which is currently under construction.
The electromagnetic target calorimeter of the PANDA experiment has the challenging aim to detect high energy photons with excellent energy resolution over the full dynamic range from 15 GeV down to a few tens of MeV within a 2T solenoid. To reach this goal, improved PbWo4 scintillator crystals, cooled down to −25°C have been chosen. They provide a fast decay time for highest count rates, short radiation length for compactness, improved light yield for lowest thresholds and excellent radiation hardness.
The target calorimeter itself is divided into a barrel and two endcaps. The individual crystal will be read out with two precisely matched large area avalanche photo diodes. In the very inner part of the forward endcap vacuum phototetrodes will be used instead.
The talk will give an overview of the PANDA experiment and focuses on its calorimeter including the scintillator material and its production status. Furthermore, the construction and assembly procedure of the calorimeter will be presented.

The Endcap Disc DIRC has been developed to provide an excellent particle identification
for the future PANDA experiment by separating pions and kaons up to a momentum of 4 GeV/c with
a separation power of 3 standard deviations in the polar angle region from 5 ◦ to 22 ◦ . This goal will
be achieved using dedicated particle identification algorithms based on likelihood methods and will
be applied in an offline analysis and online event filtering. This paper evaluates the resulting PID
performance using Monte-Carlo simulations to study basic single track PID as well as the analysis
of complex physics channels. The online reconstruction algorithm has been tested with a Virtex4
FGPA card and optimized regarding the resulting constraints.

The Endcap Disc DIRC (EDD) has been developed to provide an excellent particle identification in the future PANDA experiment by separating pions and kaons up to a momentum of 4\,GeV/c with a separation power of 3\,s.d.. The detector is placed in the forward endcap of the PANDA target spectrometer. It consists of a fused silica plate and focusing elements placed at the outer rim, which focus the Cherenkov light on the photo cathodes of the attached MCP-PMTs. A compact and fast readout of the signals is realized with special ASICs. The performance has been studied and validated with different prototype setups in various testbeam facilities.

The PANDA detector at the future FAIR facility at GSI is planned as a fixed- target experiment for proton-antiproton collisions at momenta between 1.5 and 15 GeV/c. It will be used to address open questions in hadronic physics. In order to achieve a sufficient particle identification, two different DIRC detector concepts have been developed. This talk will cover the Endcap Disc DIRC detector which is placed at the forward endcap of the PANDA target spectrometer and will provide a 3σ separation of pions and kaons up to a momentum of 4 GeV/c for polar angles from 5° to 22°. The most important component of the DIRC detector is a 2 cm thin fused silica radiator plate that is divided into 4 identical quadrants. The surfaces are polished with high precision in order to guarantee little photon losses by total reflection and conserve the Cherenkov angle during propagation through the optical system. Intrinsic chromatic errors will be minimized by the implementation of an optical filter. The readout system consists of 96 readout elements with focusing optics and attached MCP-PMTs to focus the photons that are produced by the Cherenkov cone of the traversing particle and acquire their position and timing information. This new detector concept requires the development of dedicated reconstruction and particle identification algorithms which permit an efficient analysis of the measured time-correlated photon patterns. Time and event based simulations with dedicated Monte-Carlo simulation frameworks have been used to validate the PID requirements of the DIRC counter. Additionally, the Monte-Carlo simulations have been used to estimate the radiation dose in different detector volumes in order to compare these values with actual measurement results.