Development of fast track finding algorithms for densely packed straw tube trackers and its application to $\Xi$ (1820) hyperon reconstruction for the PANDA experiment

Abstract

Diese Arbeit befasst sich mit der Entwicklung von Spurfindungsalgorithmen für das PANDA-Experiment bei FAIR, das $\overline {p}$$\it p$-Annihilationen verwendet, um Phänomene der QCD bei mittleren Energien zu untersuchen. Die Hauptthemen der Arbeit konzentrieren sich auf die Entwicklung eines primären Spurfinders für Teilchen, die direkt vom $\overline {p}$$\it p$ Wechselwirkungspunkt (IP) kommen und seiner Online-Fähigkeit, sowie die Entwicklung eines sekundären Spurfinders für Spuren, die nicht vom primären IP kommen. Der primäre Spurfinder erreicht eine Effizienz von etwa 90%, was mit dem derzeit verwendeten Standard-Tracker vergleichbar ist, und halbiert zudem die Anzahl falsch gefundener Spuren. Die Portierung des Algorithmus auf eine GPU verbessert die Geschwindigkeit um einen Faktor von fünf. Der sekundäre Spurfinder verbessert die Effizienz von Sekundärspuren um 20%-Punkte und führt zu einer Verbesserung der Gesamteventrekonstruktionsrate der Reaktion $\it p$$\overline {p}$ $\rightarrow$ $\Xi$$^+$$\Xi$ (1820) $^-$ um einen Faktor von vier, von 0.3% auf 1.2%.This thesis deals with the development of track finding algorithms for the PANDA experiment at FAIR, that will use $\overline {p}$$\it p$ annihilations to study medium energy QCD phenomena. The main topics of the thesis focus on the development of a primary track finder for particles coming directly from the $\overline {p}$$\it p$ interaction point (IP) and its online capability, as well as the development of a secondary track finder for tracks which are displaced from the primary IP. The primary track finder not only achieves an efficiency for primary tracks of about 90%, which is comparable to the currently existing standard tracker, but also reduces the number of wrongly found tracks by a factor of two. Porting the algorithm onto a GPU improves its speed by a factor of five. The secondary track finder improves the finding rate of secondary tracks by 20%-points, resulting in an improvement of the full event reconstruction rate of a typical hyperon reaction, e.g. $\it p$$\overline {p}$ $\rightarrow$ $\Xi$$^+$$\Xi$ (1820) $^-$, by a factor of four, from 0.3% to 1.2%