Particle identification with the PANDA Barrel DIRC and the GlueX DIRC

Next-generation DIRC detectors, like the PANDA Barrel DIRC, with improved optical designs and better spatial and timing resolution, require correspondingly advanced reconstruction and PID methods. The investigation of the PID performance of two DIRC counters and the evaluation of the reconstruction and PID algorithms form the core of this thesis. Several reconstruction and PID approaches were developed, optimized, and tested using hadronic beam particles, experimental physics events, and Geant simulations. The near-final design of the PANDA Barrel DIRC was evaluated with a prototype in the T9 beamline at CERN in 2018. The analysis finds excellent agreement between the experimental data and the Geant simulations for all reconstruction algorithms. The best PID performance of up to $5.2 \pm 0.2$ s.d. $\pi$/K separation at 3.5 GeV/c, was obtained with a time imaging PID method. The PANDA Barrel DIRC simulation, as well as the reconstruction and PID algorithms, were evaluated using experimental data from the GlueX DIRC as part of the FAIR Phase-0 program. The performance validation was carried out using physics events of the GlueX experiment and simulations. The initial analysis results of the commissioning dataset show a $\pi$/K separation power of up to 3 s.d. at a momentum of 3.0-3.5 GeV/c, obtained using a geometric reconstruction algorithm.DIRC-Detektoren der nächsten Generation, wie der PANDA Barrel DIRC, mit verbesserten optischen Designs und höhere Zeit- und Positionsauflösung der Cherenkov-Photonen, erfordern entsprechend fortschrittliche Methoden für die Ereignisrekonstruktion und Teilchenidentifikation (PID). Die Untersuchung der PID-Leistung von zwei neuen DIRC-Zählern und die Evaluierung der Rekonstruktions- und PID-Algorithmen bilden den Kern dieser Arbeit. Mehrere Rekonstruktions- und PID-Ansätze wurden entwickelt, optimiert und unter Verwendung von hadronischen Teilchenstrahlen mit experimentellen physikalischen Ereignissen und Geant-Simulationen getestet. Das Design des PANDA Barrel DIRC wurde 2018 mit einem Prototyp während einer Strahlzeit am CERN PS untersucht. Die Analyse zeigt eine hervorragende Übereinstimmung zwischen den experimentellen Daten und den Geant-Simulationen für alle Rekonstruktionsalgorithmen. Die beste PID-Leistung von bis zu 5, 2 ± 0, 2 Standardabweichungen (s.d.) für die π/K-Trennung bei 3,5 GeV/c wurde mit einer zeitabbildenden PID-Methode erzielt. Im Rahmen des FAIR Phase-0 Programms wurde die für den PANDA Barrel DIRC entwickelte Simulation sowie die DIRC-Rekonstruktions- und PID-Algorithmen an den GlueX DIRC-Detektor angepasst und anhand von physikalischen Ereignissen am GlueX-Experiment evaluiert. Die ersten Analyseergebnisse des Inbetriebnahmedatensatzes zeigen eine π/K-Trennleistung von bis zu 3 s.d. im Impulsbereich von 3,0–3,5 GeV/c, wurde mit einem geometrischen Rekonstruktionsalgorithmus erreicht