Electromagnetic calorimeter studies for charmonium physics

Deeltjesfysici hebben met succes de fundamentele structuur van de materie ontsluierd met quarks en leptonen als elementaire bestanddelen. Er ontbreekt echter een verklaring voor hoe protonen en neutronen, de bouwstenen van atoomkernen, hun massa krijgen als gevolg van de interactie tussen hun bijna massaloze bestanddelen. Een verhelderend antwoord op dit probleem kan worden verkregen door het bestuderen van samengestelde systemen (met name "mesonen") met een zware "charm" quark of door het aantonen van een voorspelde nieuwe exotische vorm van samengestelde systemen met nog onopgemerkte quark combinaties. Dergelijke systemen kunnen gemaakt worden in proton-antiproton botsingen bij het versnellercomplex FAIR in Duitsland, momenteel in aanbouw. De deeltjes die in zulke krachtige botsingen ontstaan, zullen worden bestudeerd door nieuwe state-of-the-art detectie systemen. Omdat de kans om zeldzame charm-meson toestanden of zelfs exotische systemen te produceren zeer laag is, worden de proton-antiproton botsingen uitgevoerd met extreem hoge frequenties. Bijgevolg kunnen detektorsignalen overlappen wat tot een dramatisch verlies van belangrijke informatie kan leiden. In plaats van beproefde conventionele detector-uitlezing systemen, hebben we een nieuw "free-streaming" uitleessysteem ontwikkeld met "online" event selectie en het herstel van overlappende signalen. De nieuwe methode is met succes toegepast in versneller experimenten. We hebben aangetoond dat eenvoudige maar krachtige algoritmen kunnen worden ontwikkeld voor de "online" event selectie tijdens datatransport. De implementatie van de bestudeerde methode op grote schaal in een nieuw uitleessysteem zal het gebruik van de detector bij hoge botsingfrequenties toelaten zodat een grote hoeveelheid data betrouwbaar en nauwkeurig kunnen worden verwerkt en zeldzame gebeurtenissen efficiënt kunnen worden ontdekt.Particle physicists have successfully unveiled the fundamental structure of matter with quarks and leptons as elementary constituents. However, it still remains to be explained, how protons and neutrons, the building blocks of atomic nuclei, gain their mass from the interaction between their almost massless constituents. An elucidating answer to this problem can be obtained by studying composite systems (in particular “mesons”) containing a heavy “charm” quark or by demonstrating a predicted new exotic type of composite systems with yet unobserved quark combinations. Such systems can be produced in proton-antiproton collisions at the accelerator-complex FAIR in Germany, presently under construction. The particles produced in such powerful collisions will be examined by novel state-of-the-art detection systems. Since the probability to produce rare charm-meson states or even exotic systems is very low, the proton-antiproton collisions need to be performed at extremely high rates. Consequently, subsequent detector signals may overlap which would lead to a dramatic loss of vital information. Instead of well-proven conventional detector-readout systems, we have developed a novel “free-streaming” data readout with “online” event selection and recovery of overlapping signals. The new method was successfully applied in accelerator experiments. We have demonstrated that simple yet powerful algorithms can be developed for the “online” event selection during data transport. The implementation of the studied method in a novel large-scale readout system will allow operating the detector at high collision rates such that a large amount of data can be reliably and precisely processed and rare events can be discovered with high efficiency