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

6. Das neuronale Netzwerk für den
Übergangsstrahlungsdetektor
Für die Trennung von Positronen und Protonen mit Hilfe des Übergangsstrahlungsdetektors
wurde die an der Universität Karlsruhe entwickelte und in 5.3.4 vorgestellte Software
NeuroBayes R○ zur Erstellung eines neuronalen Netzwerks genutzt. Dafür wird in der Zusammenstellung
des Trainingssamples auf Flugdaten zurückgegriffen, die die realen Verhältnisse
im Detektor besser wiedergeben als es mit Monte-Carlo Daten möglich wäre.
Dabei wird die Redundanz der AMS-02 Subdetektoren ausgenutzt und Trainingsdaten
mit dem elektromagnetischen Kalorimeter selektiert. Für diese Arbeit wurden Daten vom
20. Mai 2011 bis zum 1. November 2012 verwendet, was in etwa 24 Milliarden Triggern
entspricht.
6.1. Selektion des Trainingssamples
Die Schwierigkeit in der Zusammenstellung eines Ereignissamples mit dem das neuronale
Netzwerk trainiert werden kann liegt darin, dass Trainingssamples einerseits sehr rein sein
müssen und andererseits in der Selektion keine Variablen verwendet werden dürfen auf die
später auch das Netzwerk trainiert werden soll. Die Reinheit ist wichtig, da im Falle eines
kontaminierten Samples das Netzwerk auf verfälschten Informationen trainiert wird. Die
Unabhängigkeit der Selektion des Trainingssamples von den Netzwerkvariablen muss gewährleistet
sein, da ansonsten die Verteilung der Trainignsvariablen verfälscht wird. Hierzu
kann die Redundanz der AMS-02 Subdetektoren ausgenutzt werden. Im Falle des TRDs
kann das von diesem unabhängig arbeitende elektromagnetische Kalorimeter zur Einteilung
der Daten in Trainingssamples verwendet werden. Selektiert und für das Training
verwendet werden dabei Protonen und Elektronen anstelle von Positronen. Elektronen
und Positronen können vom Übergangsstrahlungsdetektor nicht unterschieden werden, da
weder deponierte Ionisationsenergie nach Gleichung 4.4, noch die gemessene Intensität
der Übergangsstrahlung nach Gleichung 4.1 vom Ladungsvorzeichen abhängen. Elektronen
kommen in der kosmischen Strahlung, wie in Teil 2.1 gezeigt wurde, in etwa um einen
Faktor 10 häufiger vor und sind durch das unterschiedliche Ladungsvorzeichen sicherer
vom Protonenuntergrund zu unterscheiden. So kann mit Hilfe des elektromagnetischen
Kalorimeters eine ausreichend große und sichere Trainingsauswahl definiert werden. Dieses
Vorgehen ist in Abbildung 6.1 noch einmal schematisch dargestellt.
Um aus allen von AMS aufgenommenen Triggern nur für die Analyse relevante Ereignis-
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