besⅲ主漂移室径迹重建软件的设计与开发

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1、山东大学博士学位论文BESⅢ主漂移室径迹重建软件的设计与开发姓名：张瑶申请学位级别：博士专业：粒子物理与原子核物理指导教师：张学尧;李卫东20070412摘要北京正负电子对撞机BEPCⅡ正在建造之中，并且已经于2007年3月实现了正负电子束对撞。北京谱仪III(BES111)是BEPCⅡ上的一个全新的采用现代探测技术建造的高精度探测器，其主要物理目标是在下．粲能区进行弱电相互作用和强相互作用研究以及新物理的寻找，其实验结果将极大地促进粒子物理的发展。BESIII将在夸克和轻子两个方面对电弱相互作用理论进行精确的检验：通过D和见介子的纯轻子衰变可极大

2、地提高对CKM矩阵元的测量精度；对T+T一产生截面的测量结果可用于验证非相对论QED(NRQED)理论对该截面的计算结果，这将有助于我们更好地理解T+T一在阈值附近的相互作用机制。在r．粲能区对QCD的研究包括以下几个方面：基本QCD参数的测量，如强相互作用耦合常数％，粲夸克质量tIlc等；轻强子谱的精确测量；寻找QCD预言的各种含胶子的态，如胶子球、混杂态等；通过测量粲偶索的产生和衰变研究粲偶素的性质以检验和发展QcD理论的计算。在r．粲能区也存在着寻找新物理的可能性，如D或见的产生、在J／妒衰变过程中的轻子和重子数破坏过程、Do伊混合、味道改变

3、的中性流(FCNC)等。主漂移室(MamDrifcChamber，MDC)是BESIII的重要的子探测器，其主要功能是精确测量带电粒子的动量和能量损失(用于粒子鉴别)。主漂移室共有43个信号丝层，每4个信号丝层被组合成为一个超层(最后一个超层包含3个信号丝层)。带电粒子穿过漂移室时，与室内气体介质发生相互作用，在信号丝上产生脉冲信号，从而探测到带电粒子的空间位置。43个信号丝层可对带电粒子的径迹进行最多43次的测量。最外层信号丝所覆盖的极角达NeosO=士0．93。信号丝层分为轴丝层和斜丝层两种类型，斜丝层用于测量带电粒子的纵向位置。整个MDC位于

4、场强为1．OT的超导磁铁内。主漂移室的单丝空间分辨率设计值为130#m；动量为1GeV／c时，动量分辨率的设计值为aR／pt=0．5％。带电粒子的径迹重建是BESIU离线数据处理过程中的重要环节，其主要任务是利用MDC所记录的带电粒子的空间位置信息精确地重建带电粒子的径迹和动量。径迹重建的步骤是：1)采用适当的模式识别方法将MDC所记录的带电山东大学博士学位论文粒子的击中组合成径迹；2)利用带电粒子在磁场中的运动方程进行径迹拟和，从而得到带电粒子的动量。由于在e+e一对撞过程中一般会产生多个带电粒子且MDC也会产生一些噪声信号，因此，带电粒子径迹重

5、建是离线数据处理中较为复杂的过程。本论文的主要目的就是为BESIII实验设计开发高效、实用和精确的主漂移室带电粒子重建程序。本论文的主要工作是：在BESIII离线数据处理框架(BesIllOfliineSoftwareSystem,BOSS)下，利用面向对象的程序设计技术，并使用c++语言开发了主漂移室重建软件包MdcPatRec，并利用蒙特卡罗数据对其性能进行了严格的检验，证明该软件包可以很好地满足BESIII离线数据分析的需要。在MdcPatRec中，径迹重建算法分为径迹寻找和径迹拟合两部分，使用基于模式匹配的方法进行径迹寻找。径迹寻找算法事先

6、把径迹穿过超层留下的击中信号保存为模式字典，在寻迹时把击中邻居组与模式字典中的模板进行匹配，匹配成功的击中组合成为径迹段。模式字典共有4击中模式8种，3击中模式20种。径迹段连接算法把轴丝超层的径迹段连接成二维圆径迹，并把圆径迹和斜丝超层的径迹段连接成三维螺旋线径迹。圆径迹和螺旋线径迹都使用最小二乘法分别作3参数和5参数拟合，得到重建径迹。重建后的径迹要使用击中判别算法分配属于多条径迹的击中。此外，我们还针对次级顶点径迹的特点开发了MdcxReco算法用于重建非原点出发和低横动量径迹的重建。MdcxReco也是基于模式匹配方法进行径迹寻找的算法。为

7、了适应低动量和短径迹寻迹的要求，MdcxReco的模式字典共有4击中模式14种，3击中模式20种。径迹段连接算法将每三个相邻超层的径迹段连接成一组，并以该组径迹段为种子，向内向外连接其它径迹段成为长径迹。连接后的长径迹使用最小二乘法进行径迹拟合。MdcPatRec基于面向对象技术开发，特点是模块化强，具有良好的重用性和扩展性，程序的控制参数可以在运行时通过iobOption文件调整。文中我们使用蒙特卡罗模拟数据，在BOSS离线软件版本6．1．0下，对BESⅡI主漂移室离线重建软件的结果进行了检查，并对重建性能指标进行了分析。文中对各种不同事例的重建

8、速度进行了测量，平均重建单径迹“的重建速度约为每条径迹14ms，对J／砂一anything事例的重建速度为每条径迹150m