IEKP-KA/2013-8 - Institut für Experimentelle Kernphysik - KIT

Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung 1
2. Physikalischer Hintergrund 5
2.1. Kosmische Strahlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.2. Quellen Kosmischer Strahlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.3. Dunkle Materie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.3.1. Kandidaten für Dunkle Materie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.3.2. Suche nach Dunkler Materie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.4. Der Positronanteil in der leptonischen Komponente der kosmischen Strahlung 12
3. Der AMS-02 Detektor 15
3.1. Der Übergangsstrahlungsdetektor (TRD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
3.2. Der Flugzeitdetektor (TOF) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
3.3. Der Permanentmagnet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3.4. Der Silizium Spurdetektor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3.5. Der Antikoinzidenz Zähler (ACC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
3.6. Der Ring abbildende Tscherenkow Detektor (RICH) . . . . . . . . . . . . . 21
3.7. Das elektromagnetische Kalorimeter (ECAL) . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.8. Teilchensignaturen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
4. Der Übergangsstrahlungsdetektor 27
4.1. Entstehung von Übergangsstrahlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
4.2. Aufbau des Detektors und Messung von Übergangsstrahlung . . . . . . . . 28
4.3. Gassystem und Betrieb auf der ISS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
4.4. Kalibrierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
4.5. Unterscheidung von Protonen und Positronen . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
5. Statistische Methoden 37
5.1. Hypothesentests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
5.2. Das Likelihoodverhältnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
5.3. Künstliche neuronale Netze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
5.3.1. Künstliche Neuronen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
5.3.2. Multi-Layer-Perzeptron . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
5.3.3. Training des neuronalen Netzes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
5.3.4. Die NeuroBayes R○ Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
6. Das neuronale Netzwerk für den Übergangsstrahlungsdetektor 47
6.1. Selektion des Trainingssamples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
6.1.1. Preselection und Selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
6.1.2. Elektronen und Protonen Selektion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
6.2. Eingangs-Variablen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
iii