Particle identification algorithms for the medium energy (~1.5-8 GeV) MINERʋA TEST BEAM EXPERIMENT

Abstract

Esta tesis está enfocada en la construcción de algoritmos para aislar tipos específicos (especies) de partículas presentes en el haz secundario del actual Test Beam (tomando datos a energías medias1.5-8 GeV) del experimento MINERA en FermiLab. Para dicho fin ha sido necesario el análisis de muchas variables relacionadas a dispositivos específicos a lo largo de la línea del haz (Time of Flight, Cerenkov, Veto) y al detector principal (una versión en miniatura del detector MINERA). Resultados de la composición del haz secundario (% p; π ; µ ; e) son presentados para diferentes energías y polaridades del haz junto con la metodología seguida para dicho fin. El uso de ROOT vía C++/python ha sido necesario así como la generación de simulaciones Monte Carlo del paso de partículas específicas a través del detector del Test Beam para verificar los cortes (condiciones lógicas) usados para el aislamiento de especies específicas de partículas (para cualquier energía) así como para realizar un análisis de Pureza-Eficiencia con el fin de encontrar los cortes óptimos (para la muestra de 2GeV). Palabras clave: experimento MINERA, Fermilab, energías medias, Test Beam, Monte Carlo, ROOT, haz secundario, línea del haz, cortes, análisis de Pureza-Eficiencia.

This thesis is focused on the construction of algorithms to isolate specific kinds of particle species present in the secondary beam of the current Test Beam (taking data at medium energies ∼ 1.5-8 GeV) of the MINERνA experiment at Fermilab. For that purpose it was necessary to analyze many variables related to specific devices along the beamline (Time of Flight, Cerenkov, Veto) and the main detector (a miniature version of the MINERνA detector). Results on the particle composition of the secondary beam (% p±, π±, µ±, e±) are presented for different e-nergies and polarities of the beam together with a methodology to get those results. The usage of ROOT via C++/python was mandatory as well as the generation of Monte Carlo simulations of single particles passing through the Test Beam detector to test the cuts (logic conditions) used for the isolation of specific particle species (for all energies) and to perform an Efficiency-Purity analysis in order to find the optimum cuts (for the 2GeV sample). Keywords: MINERνA experiment, Fermilab, medium energies, Test Beam, Monte Carlo, ROOT, secondary beam, beamline, cuts, Efficiency-Purity analysis.