Thesis (Selection of subject)Thesis (Selection of subject)(version: 385)
Thesis details
   Login via CAS
Measurement of antiproton production and development of data acquisition and reconstruction tools at AMBER
Thesis title in Czech: Měření produkce antiprotonů a vývoj nástrojů pro sběr a rekonstrukci dat na experimentu AMBER
Thesis title in English: Measurement of antiproton production and development of data acquisition and reconstruction tools at AMBER
Key words: CERN|AMBER|antiproton|fyzika vysokých energií|sběr dat|rekonstrukce dat
English key words: CERN|AMBER|antiproton|high-energy physics|data acquisiition|data reconstruction
Academic year of topic announcement: 2024/2025
Thesis type: dissertation
Thesis language: angličtina
Department: Department of Low Temperature Physics (32-KFNT)
Supervisor: Mgr. Jan Matoušek, Ph.D.
Author: hidden - assigned and confirmed by the Study Dept.
Date of registration: 09.08.2024
Date of assignment: 09.08.2024
Confirmed by Study dept. on: 08.10.2024
Advisors: Ing. Martin Zemko
Guidelines
- Get familiar with the AMBER experiment and its ring-imaging Cherenkov (RICH) detector. Learn the data processing routines used at AMBER at CERN.
- Participate in establishing the processing and quality and stability checks for the data collected with high-energy proton beam and helium or hydrogen target.
- Study the efficiency and purity of the RICH detector for hadron identification; measure the incoming beam flux.
- Measure the differential cross section of antiproton production.
- Participate in the development of the novel free-running (trigger-less) DAQ system of AMBER: designing front-end electronics or data reconstruction routines.
References
[1] B. Adams et al., Letter of Intent: A New QCD facility at the M2 beam line of the CERN SPS (COMPASS++/AMBER), CERN-SPSC-2019-003 (SPSC-I-250), https://arxiv.org/abs/1808.00848
[2] B. Adams et al., COMPASS++/AMBER: Proposal for Measurements at the M2 beam line of the CERN SPS Phase-1: 2022-2024, CERN-SPSC-2019-022 ; SPSC-P-360, http://cds.cern.ch/record/2676885
[3] C. Quintans for the AMBER Collaboration, The New AMBER Experiment at the CERN SPS, Few Body Syst. 63 (2022) 4, 72, http://cds.cern.ch/record/2835870
[4] D. Giordano for the AMBER Collaboration, Measurement of antiproton production cross sections for dark matter search at the AMBER Experiment at CERN, PoS ICHEP2022 (2022) 1197, https://pos.sissa.it/414/1197
[5] M. Aguilar et al. (AMS-02 Collaboration), The Alpha Magnetic Spectrometer (AMS) on the international space station: Part II — Results from the first seven years, Physics Reports, Volume 894, 2021, Pages 1-116, ISSN 0370-1573
[6] R. Aaij et al. (LHCb Collaboration), Measurement of antiproton production in pHe collisions at √s = 110 GeV, Phys. Rev. Lett. 121, 222001
[7] M. Korsmeier, F. Donato and M. Di Mauro, Production cross sections of cosmic anti-protons in the light of new data from the na61 and lhcb experiments, Phys. Rev. D97 (2018) 103019
[8] M. Zemko et al., Triggerless data acquisition system for the AMBER experiment, PoS ICHEP2022 (2022) 248, http://cds.cern.ch/record/2869549
[9] V. Frolov et al., Data Acquisition System for the COMPASS++/ AMBER Experiment, IEEE Trans.Nucl.Sci. 68 (2021) 8, 1891-1898, http://cds.cern.ch/record/2778915
Preliminary scope of work
Téma práce sestává ze dvou částí. V závislosti na schopnostech a zájmu studenta a potřebách kolaborace může být větší důraz kladen na jednu nebo druhou část.

1. Měření účinného průřezu produkce antiprotonů v interakci proton-helium nebo proton-proton
Spektrometr AMS umístěný na oběžné dráze Země měří mimo jiné tok antiprotonů [5]. Jejich dominantním zdrojem by měly být srážky vysokoenergetických protonů s mezihvězdným materiálem, převážně vodíkem a heliem. Kolaborace AMBER [1-4] nasbírala data pro srážky protonů o energiích 100-190 GeV s kapalným heliovým terčem, experiment s vodíkovým terčem je ve fázi schvalování. Analýza těchto dat (společně s daty z experimentu LHCb v TeV oblasti) významně zpřesní znalost účinného průřezu tohoto přirozeného mechanismu produkce. To je nezbytné pro pochopení, jestli naměřený tok ponechává prostor pro exotické zdroje antiprotonů jako například anihilace temné hmoty [4,7].

2. Vývoj beztriggerového sběru dat a souvisejících nástrojů
Pro další fyzikální program kolaborace AMBER, studium elastického rozptylu mionů na protonech a procesu Drell-Yan s pionovým a kaonovým svazkem, je nutné změnit způsob vyčítání detektorů. Místo analogového triggeru budou zaznamenávána všechna data a jejich filtrování se bude provádět na vyšší (softwarové) úrovni s použitím částečné rekonstrukce událostí (high-level trigger) [8-9]. Tomu je třeba uzpůsobit jednak vyčítací elektroniku, jednak software pro rekonstrukci událostí a online monitoring zaznamenávaných dat.

Studium může být vedeno ve spolupráci s někerou z institucí kolaborace AMBER nebo s CERN.
Preliminary scope of work in English
The thesis topic consists of two parts. Depending on the qualification and interest of the student and needs of the collaboration, one or the other part may be given greater weight.

1. Measurement of the antiproton production cross section in proton-helium or proton-proton interactions
Measurements of the AMS spectrometer include the cosmic antiproton flux [5]. They are expected to be produced dominantly in collisions of high energy proton cosmic rays with the interstellar medium, mostly hydrogen and helium, at rest. The AMBER collaboration [1-4] has collected data on 100-190 GeV protons scattering off a liquid helium target, an experiment with hydrogen target is being proposed as well. Analysis of these data (together with complementary data from LHCb experiment in TeV domain) will significantly improve the knowledge of the cross section of this conventional antiproton production. That is necessary to assess if the measured flux leaves space for exotic antiproton sources such as dark matter annihilation [4,7].

2. Development of trigger-less data acquisition and related tools
Other physics programme of the AMBER collaboration, measurements of the elastic mion-proton scattering and pion- and kaon-induced Drell-Yan process, requires to upgrade the detector readout. Instead of analogue triggering all the data will be acquired and their filtering will take place at higher (software) level, where the events can be partially reconstructed (high-level trigger) [8-9]. The readout (front-end) electronics needs to be adapted to fit this system; new tools for event reconstruction and online monitoring of the data being collected need to be developed as well.

The study may be conducted in cooperation with one of the AMBER collaboration institutions or with CERN.
 
Charles University | Information system of Charles University | http://www.cuni.cz/UKEN-329.html