Auslese und Qualitätskontrolle der HADES-Driftkammern

In der vorliegenden Arbeit wird das Auslesekonzept der Driftkammern untersucht und seine Integration in das HADES Datenaufnahmesystem beschrieben. Bedingt durch das mehrstufige Triggersystem und die hohen Anforderungen an die Geschwindigkeit des Systems wurden Methoden zur Datenreduktion entwickelt. Dadurch ist es möglich, die Daten von allen 27 000 Kanälen innerhalb von 10 µs nach dem Trigger auszulesen. Die Daten werden innerhalb von ungefähr 40 ns nach dem Signal der zweiten Triggerstufe weitertransportiert. Im Rahmen der Untersuchungen zur Überwachung der Driftkammerdaten, die im zweiten Teil der Arbeit beschrieben werden, wurde mit der verwendeten Methode zur Bestimmung der intrinsischen Auflösung eine deutliche Verschlechterung Auflösung der Kammern festgestellt, von 120 µm im November 2001 auf über 200 µm im September 2003. Als Ursache hierfür wurde zum einen die geänderte Kalibrationsmethode ausgemacht, die die Laufzeiten der Signale nicht mehr berücksichtigt, zum anderen eine Änderung der Driftgeschwindigkeit aufgrund einer nicht optimalen Hochspannung. Die Methode zur Bestimmung des physikalischen Zentrums der Kammern erlaubt eine Aussage über die Position der Kammern relativ zur Sollposition. Die dabei gefundenen Verschiebungen entlang der z - Achse stimmen für einen Teil der Sektoren mit den im Rahmen des Alignments ermittelten Werten für die Verschiebung des Targets überein. Für die anderen Sektoren ergeben sich zusätzlicher Verschiebungen um 2 bis 6 cm. Das Di - Leptonen - Spektrometer HADES (High Acceptance Di -Elektron-Spektrometer) am Schwerionensynchrotron der Gesellschaft für Schwerionenforschung (Darmstadt) beginnt nun mit detaillierten Studien leptonischer Zerfälle von Vektormesonen in Kern - Kern - Stößen mit Projektilenergien von 1 bis 2 GeV / Nukleon. Dabei liegt der Schwerpunkt auf der Untersuchung von Zerfällen, die in der Phase hoher Dichte (ungefähr 3 · p..0) und hoher Temperatur stattfinden. Es wird erwartet, daß sich aus der dabei zu beobachtenden Massenverteilung der unterhalb der Schwelle produzierten leichten Vektormesonen r, o und ph ein Hinweis auf die partielle Wiederherstellung der im Vakuum gebrochenen chiralen Symmetrie ergibt

Untersuchungen zum Konzept der HADES Driftkammerauslese und Test der TDC-Prototypkarte

Mit dem Dileptonenspektrometer HADES sollen Dielektronen aus Kern - Kern - Stößen in einem hadronischen Untergrund bei hohen Multiplizitäten untersucht werden. Die Ereignisrate von 106 pro Sekunde erfordert eine Auslese der Detektoren innerhalb von 10 mikrosek. Die erwarteten hohen Multiplizitäten führen zu einer hohen Granularität der Detektoren und damit auch der Ausleseelektronik. Durch die Verwendung mehrere Triggerstufen wird eine Aufteilung des Auslesesystems auf mehrere Stufen notwendig. Für die Auslese von ~ 26.000 Driftzellen in 24 Driftkammermodulen wurde ein an die Anforderungen des Detektorsystems angepaßtes Auslesekonzept entwickelt. Analoge Signalaufbereitung und Messung der Driftzeit werden direkt am Detektor auf zwei miteinander kombinierten Karten untergebracht. Die nötige Integrationsdichte im Digitalisierungsteil wird durch die Verwendung eines speziellen Zeitmeßverfahrens (TDC) erreicht, das auf Signallaufzeiten in Halbleiterschaltungen basiert. Im gleichen Chip befindet sich auch eine Datenübertragungseinheit, die in der Lage ist die Daten mit der erforderlichen Geschwindigkeit zu transferieren. Durch zwei weitere Module mit Speicher zum Puffern der Ereignisdaten wird den Anforderungen des Triggerkonzeptes Rechnung getragen. Dem verwendete Zeitmeßverfahren (Ringoszillator) ist eine Abhängigkeit der Zeitauflösung von Temperatur und Versorgungsspannung inherent. Ausführliche Messungen im Rahmen dieser Arbeit zeigen, daß die relativen Abhängigkeiten mit 0,2 Promille jedoch in einem Bereich liegen, in dem sie durch geeignete Maßnahmen kontrolliert werden können. Dazu zählen die regelmäßige Kalibrierung, sowie die Messung und Überwachung von Temperatur und Versorgungsspannung. Die Leistungsaufnahme des Auslesesystems liegt mit 5kW (total) noch um ca. einen Faktor zwei über den Spezifikationen. Sowohl die Tests des TDC Zeitmeßteils, als auch die Simulationen zeigen die Realisierbarkeit des Systems. Dies konnte auch durch Simulationen des gesamten Auslesesystems im Rahmen einer Projektstudie zum Triggerkonzept an der Universität Giessen nachgewiesen werden. Ein abschließender Funktionstest der Ausleseelektronik mit dem TDC an der Prototypdriftkammer im Labor ist gegenwärtig in Vorbereitung. Zur endgültigen Realisierung der Ausleseelektronik bedarf es noch der Reduzierung des Platzbedarfes sowie der Leistungsaufnahme. Zur Reduktion der Größe des Motherboardes wird eine mehrlagige Platine entwickelt. Für die Anbringung der Daughterboards ist eine platzsparende Geometrie vorgesehen. Die Reduktion der Leistungsaufnahme wird hauptsächlich durch neuere Entwicklungen bei den Daughterboards möglich. Auch die Verwendbarkeit des im Rahmen eines anderen Projektes entwickelten SAM - Modules als Konzentrator für die Driftkammerauslese ist zu untersuchen. Da diese Karte auch einen DSP enthält, ist entsprechende Software erforderlich. Die Segmentierung des modularen Spektrometersystems erlaubt den endgültigen Aufbau in mehreren Schritten. Vorgesehen ist, zunächst nur einzelne Segmente oder einzelne Ebenen der Driftkammern aufzubauen, und das komplette System erst zu einem spätern Zeitpunkt in Betrieb zu nehmen. Einzelne Komponenten können durch Neuentwicklungen ersetzt werden

Effect of Uphill Running on VO2, Heart Rate and Lactate Accumulation on Lower Body Positive Pressure Treadmills

Lower body positive pressure treadmills (LBPPTs) as a strategy to reduce musculoskeletal load are becoming more common as part of sports conditioning, although the requisite physiological parameters are unclear. To elucidate their role, ten well-trained runners (30.2 ± 3.4 years; VO2max: 60.3 ± 4.2 mL kg−1 min−1) ran at 70% of their individual velocity at VO2max (vVO2max) on a LBPPT at 80% body weight support (80% BWSet) and 90% body weight support (90% BWSet), at 0%, 2% and 7% incline. Oxygen consumption (VO2), heart rate (HR) and blood lactate accumulation (LA) were monitored. It was found that an increase in incline led to increased VO2 values of 6.8 ± 0.8 mL kg−1 min−1 (0% vs. 7%, p < 0.001) and 5.4 ± 0.8 mL kg−1 min−1 (2% vs. 7%, p < 0.001). Between 80% BWSet and 90% BWSet, there were VO2 differences of 3.3 ± 0.2 mL kg−1 min−1 (p < 0.001). HR increased with incline by 12 ± 2 bpm (0% vs. 7%, p < 0.05) and 10 ± 2 bpm (2% vs. 7%, p < 0.05). From 80% BWSet to 90% BWSet, HR increases of 6 ± 1 bpm (p < 0.001) were observed. Additionally, LA values showed differences of 0.10 ± 0.02 mmol l−1 between 80% BWSet and 90% BWSet. Those results suggest that on a LBPPT, a 2% incline (at 70% vVO2max) is not yet sufficient to produce significant physiological changes in VO2, HR and LA—as opposed to running on conventional treadmills, where significant changes are measured. However, a 7% incline increases VO2 and HR significantly. Bringing together physiological and biomechanical factors from previous studies into this practical context, it appears that a 7% incline (at 80% BWSet) may be used to keep VO2 and HR load unchanged as compared to unsupported running, while biomechanical stress is substantially reducedPeer Reviewe

Physiological Effects of Training in Elite German Winter Sport Athletes: Sport Specific Remodeling Determined Using Echocardiographic Data and CPET Performance Parameters

Nine ski mountaineering (Ski-Mo), ten Nordic-cross country (NCC), and twelve world elite biathlon (Bia) athletes were evaluated for cardiopulmonary exercise test (CPET) performance and pronounced echocardiographic physiological cardiac remodeling as a primary aim of our descriptive preliminary report. In this context, a multicenter retrospective analysis of two-dimensional echocardiographic data including speckle tracking of the left ventricle (LV-GLS) and CPET performance analysis was performed in 31 elite world winter sports athletes, which were obtained during the annual sports medicine examination between 2020 and 2021. The matched data of the elite winter sports athletes (14 women, 17 male athletes, age: 18-32 years) were compared for different CPET and echocardiographic parameters, anthropometric data, and sport-specific training schedules. Significant differences could be revealed for left atrial (LA) remodeling by LA volume index (LAVI, p = 0.0052), LV-GLS (p = 0.0003), and LV mass index (LV Mass index, p = 0.0078) between the participating disciplines. All participating athletes showed excellent performance data in the CPET analyses, whereby significant differences were revealed for highest maximum respiratory minute volume (VE (maximum)) and the maximum oxygen pulse level across the participating athletes. This study on sport specific physiological demands in elite winter sport athletes provides new evidence that significant differences in CPET and cardiac remodeling of the left heart can be identified based on the individual athlete's training schedule, frequency, and physique

Associations of Blood and Performance Parameters with Signs of Periodontal Inflammation in Young Elite Athletes: An Explorative Study

This retrospective cross-sectional study aimed to explore interactions between signs of periodontal inflammation and systemic parameters in athletes. Members of German squads with available data on sports medical and oral examination were included. Groups were divided by gingival inflammation (median of papillary bleeding index, PBI median) and signs of periodontitis (Periodontal Screening Index, PSI 3). Age, gender, anthropometry, blood parameters, echocardiography, sports performance on ergometer, and maximal aerobic capacity (VO2max) were evaluated. Eighty-five athletes (f = 51%, 20.6 3.5 years) were included (PBI < 0.42: 45%; PSI 3: 38%). Most associations were not statistically significant. Significant group differences were found for body fat percentage and body mass index. All blood parameters were in reference ranges. Minor differences in hematocrit, hemoglobin, basophils, erythrocyte sedimentation rates, urea, and HDL cholesterol were found for PBI, in uric acid for PSI. Echocardiographic parameters (n = 40) did not show any associations. Athletes with PSI 3 had lower VO2max values (55.9 6.7 mL/min/kg vs. 59.3 7.0 mL/min/kg; p = 0.03). In exercise tests (n = 30), athletes with PBI < 0.42 achieved higher relative maximal load on the cycling ergometer (5.0 0.5 W/kg vs. 4.4 0.3 W/kg; p = 0.03). Despite the limitations of this study, potential associations between signs of periodontal inflammation and body composition, blood parameters, and performance were identified. Further studies on the systemic impact of oral inflammation in athletes, especially regarding performance, are necessary

The HADES Tracking System

The tracking system of the dielectron spectrometer HADES at GSI Darmstadt is formed out of 24 low-mass, trapezoidal multi-layer drift chambers providing in total about 30 square meter of active area. Low multiple scattering in the in total four planes of drift chambers before and after the magnetic field is ensured by using helium-based gas mixtures and aluminum cathode and field wires. First in-beam performance results are contrasted with expectations from simulations. Emphasis is placed on the energy loss information, exploring its relevance regarding track recognition.Comment: 6 pages, 4 figures, presented at the 10th Vienna Conference on Instrumentation, Vienna, February 2004, to be published in NIM A (special issue

A versatile method for simulating pp -> ppe+e- and dp -> pne+e-p_spec reactions

We have developed a versatile software package for the simulation of di-electron production in $pp$ and $dp$ collisions at SIS energies. Particular attention has been paid to incorporate different descriptions of the Dalitz decay $\Delta \to N e^+e^-$ via a common interface. In addition, suitable parameterizations for the virtual bremsstrahlung process $NN \to NN e^+e^-$ based on one-boson exchange models have been implemented. Such simulation tools with high flexibility of the framework are important for the interpretation of the di-electron data taken with the HADES spectrometer and the design of forthcoming experiments

Study of exclusive one-pion and one-eta production using hadron and dielectron channels in pp reactions at kinetic beam energies of 1.25 GeV and 2.2 GeV with HADES

We present measurements of exclusive ensuremathπ+,0 and η production in pp reactions at 1.25GeV and 2.2GeV beam kinetic energy in hadron and dielectron channels. In the case of π+ and π0 , high-statistics invariant-mass and angular distributions are obtained within the HADES acceptance as well as acceptance-corrected distributions, which are compared to a resonance model. The sensitivity of the data to the yield and production angular distribution of Δ (1232) and higher-lying baryon resonances is shown, and an improved parameterization is proposed. The extracted cross-sections are of special interest in the case of pp → pp η , since controversial data exist at 2.0GeV; we find \ensuremathσ=0.142±0.022 mb. Using the dielectron channels, the π0 and η Dalitz decay signals are reconstructed with yields fully consistent with the hadronic channels. The electron invariant masses and acceptance-corrected helicity angle distributions are found in good agreement with model predictions

Partial Wave Analysis of the Reaction p(3.5GeV)+p→pK+Λp(3.5 GeV)+p \to pK^+\Lambda to Search for the "ppK−ppK^-" Bound State

Employing the Bonn-Gatchina partial wave analysis framework (PWA), we have analyzed HADES data of the reaction $p(3.5GeV)+p\to pK^{+}\Lambda$. This reaction might contain information about the kaonic cluster "$ppK^-$" via its decay into $p\Lambda$. Due to interference effects in our coherent description of the data, a hypothetical $\overline{K}NN$ (or, specifically "$ppK^-$") cluster signal must not necessarily show up as a pronounced feature (e.g. a peak) in an invariant mass spectra like $p\Lambda$. Our PWA analysis includes a variety of resonant and non-resonant intermediate states and delivers a good description of our data (various angular distributions and two-hadron invariant mass spectra) without a contribution of a $\overline{K}NN$ cluster. At a confidence level of CL$_{s}$=95\% such a cluster can not contribute more than 2-12\% to the total cross section with a $pK^{+}\Lambda$ final state, which translates into a production cross-section between 0.7 $\mu b$ and 4.2 $\mu b$, respectively. The range of the upper limit depends on the assumed cluster mass, width and production process.Comment: 7 Pages, 5 Figure