Analiza sygnałów szumów i zakłóceń nowej elektroniki front-end w eksperymencie NA61/SHINE CERN

NA61/SHINE jest wielozadaniowym eksperymentem badającym procesy zderzeń hadron-proton, hadronjądro oraz kolizje ciężkich jonów, przy użyciu wiązek dostarczanych przez Super Proton Synchrotron (SPS) w ośrodku badawczym CERN. W chwili obecnej, podczas przerwy na modernizację akceleratorów (Long Shutdown 2), system detekcyjny eksperymentu jest rozbudowywany i modernizowany. Jest to niezbędne do prowadzenia dalszych badań zaplanowanych na lata 2021-2024. Najważniejszym elementem tej modernizacji jest zastąpienie dotychczasowj elektroniki odczytującej dane z Komór Projekcji Czasowej przez nowy system w celu dziesięciokrotnego zwiększenia szybkości rejestracji danych.Głównym celem poniższej pracy jest analiza danych zebranych w pomiarach testowych dla określenia poziomu szumów oraz obecności zakłóceń w nowej elektronice odczytu Komór Projekcji Czasowej. We wstępie przedstawiony jest obecny i planowany program fizyczny eksperymentu NA61/SHINE oraz opis jego systemu detekcyjnego wraz z wymaganymi usprawnieniami. Następny rozdział poświęcony jest Komorom Projekcji Czasowej służących do wyznaczania trajektorii i identyfikacji cząstek, objaśnia zasadę ich działania, opisuje ich zastosowanie w eksperymencie oraz przedstawia realizowaną modernizację związanego z nimi układu elektronicznego. W dalszej części pracy omówione są fizyczne charakterystyki szumów elektronicznych oraz przedstawiona jest proponowana metoda analizy danych pomiarowych. Uzyskane wyniki wykazały, że badane szumy nie przekraczają dopuszczalnego poziomu i nie są obserwowane znaczące sygnały zakłóceń, potwierdzając prawidłowe działanie nowej elektronikiodczytu detektorów.

NA61/SHINE is a multi-purpose experiment studying hadron-proton, hadron-nucleus and nucleus-nucleus collisions using beams produced at the CERN Super Proton Synchrotron (SPS). The NA61/SHINE detection system is upgraded during the Long Shutdown 2, which is necessary to perform new measurements in 2021-2024. A significant element of the upgrade is a modernisation of the electronics reading data from Time Projection Chambers to increase the speed of data registration tenfold.The main aim of this bachelor work is an analysis of data obtained from test measurements to investigate the noise and interfering signals in the new readout electronics of the NA61/SHINE Time Projection Chambers. The introductory first chapter of the thesis presents the current and planned NA61/SHINE research program, the detection system and its components, and the required upgrades. The following part describes the working principle of the Time Projection Chamber, the structure and characteristics of such detectors used in the NA61/SHINE facility, and the readout electronics upgrade details. A further part is devoted to presenting the physical characteristics of electronic noise and the proposed method of data analysis. The obtained results have shown that the noise level is below the permissible level without significant interfering signals, confirming the proper functioning of the newreadout electronics.