Forschungszentrum Karlsruhe - Wissenschaftliche Berichte – FZKA 7179

Neuer Triggeralgorithmus der Auger-Fluoreszenzteleskope und Validierung ihrer Ein-Elektron-Auflösung

Thomas Asch

Zusammenfassung
Das Pierre-Auger-Observatorium untersucht Luftschauer der kosmischen Strahlung für höchste Energien.Zum ersten Mal werden Cherenkov- und Fluoreszenzlichtdetektoren kombiniert eingesetzt, um Primärteilchen mit Energien > 10¹⁹eV zu detektieren.

Die Rohdatenrate der Ausleseelektronik der Teleskope liegt bei knapp 9 Gigabyte pro Sekunde. Ein Triggersystem, das in verschiedenen Stufen und Komplexitäten diese Datenrate systematisch reduziert ohne dabei wichtige Ereignisdaten zu verwerfen, ist unabdingbar. Diese Triggerstufen werden in Hardware oder Software realisiert. Ein neuer Ansatz für den ersten Software-Trigger und seine Funktionsweise, unter Verwendung einer bisher nicht genutzten Information der Ausleseelektronik, wurde entwickelt. Die entstandene Triggerstufe ist effizienter und unterdrückt Wetterleuchten deutlich besser als die derzeit benutzte Triggerstufe. Die Triggerrate zur nachfolgenden Triggerstufe konnte damit gesenkt werden und entlastet das DAQ-System.

Unterschiedliche und regelmäßig durchgeführte Kalibrationsmethoden sind in einem Experiment unerlässlich. Die Ergebnisse verschiedener Kalibrationsmethoden müssen zueinander konsistent sein. Die bisher nur aus Monte-Carlo-Simulationen bekannte und konstante Gerätegröße, die Ein-Elektron-Auflösung der Photomultiplierröhren, spielt hierbei eine zentrale Rolle. Die experimentelle Validierung dieser Größe durch eine direkte Messung und ihre Bedeutung werden diskutiert. Die Messung konnte mit wenigen Änderungen im Messaufbau durchgeführt werden. Das Ergebnis für die Ein-Elektron-Auflösung ist innerhalb ihres geringen relativen Fehlers von 4 % mit dem aus Monte-Carlo-Simulationen bekannten Faktor gut verträglich. Der geringe statistische Messfehler deutet auf eine geringe Herstellertoleranz hin, so dass die Ein-Elektron-Auflösung für den verwendeten Typ von Photomultiplierröhre als konstant angesehen werden kann.

New Triggeralgorithm of the Auger Fluorescence Telescopes and Validation of their Single Electron Resolution

Abstract
The Pierre Auger Observatory analyses air shower events of ultra high energy cosmic rays. For the first time the two detector techniques to measure Cherenkov and fluorescence light have been combined to detect primary particle with energies > 10¹⁹eV.

The raw data rate, as measured by the telescope's electronics, is in the order of 9 Gigabyte per second. A multi level trigger system, which reduces the data systematically in several levels and complexities without rejecting important shower events, is necessary. The different trigger levels are realised in hardware as well as in software. A new ansatz for the first software trigger and its functionality is developed and discussed. The trigger is based on the so far not used information of the readout electronics. The resulting trigger level is more efficient and rejects sheet lightning better compared with present trigger level. Thus, the trigger rate to the next trigger level is decreased and the DAQ system is released.

Different calibration methods, which are made regularly, are essential for an experiment. The results of different calibration methods have to be consistent to each other. The single electron resolution of the photomultiplier tubes play an important role in this context. The single electron resolution is a geometry and material depend factor and up to now only known from Monte Carlo simulations. The experimental validation through direct measurement and the importance of the single electron resolution are discussed. The measurement was possible with small modifications of the configuration. The result of the single electron resolution is within its error in good agreement with the one known from Monte Carlo simulations. The low statistical error of 4 % shows a low manufacturing tolerance, so that we can assume the resolution to be constant for the type of photomultiplier tubes used.

VOLLTEXT

BIBLIOTHEK