Analysealgorithmus

Team der Hochschule Niederrhein entwickelt Analysealgorithmus für Experimente der Kernphysik.

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Krefeld, 13. Juli 2018. Ein kleines Team vom Forschungsinstitut iPattern der Hochschule Niederrhein hat für das National Superconducting Cyclotron Laboratory (NSCL) an der Michigan State University (USA) einen Algorithmus entwickelt, um Messdaten auswerten zu können. In dem riesigen Labor der forschungsstarken US-Universität werden Kernfusionsprozesse von Sternen im Weltraum untersucht, wo ständig aus leichteren Elementen schwerere Elemente gebildet werden.

Um die dabei ablaufenden Prozesse besser zu verstehen, nutzen Physiker exotische Isotope, die ungewöhnliche Effekte zeigen können. Als Messtechnik kommen „Active Target Time Projection Chamber“ (AT-TPC) zum Einsatz. Eine dieser Zeitkammern befindet sich am National Superconducting Cyclotron Laboratory (NSCL) an der Michigan State University (USA).

Große Datenmengen durch die Experimente

Bei den Experimenten fallen große Datenmengen an, deren Auswertung mit Methoden der Statistik und der Mustererkennung automatisiert werden muss. Deshalb hatte der Physiker Yassid Ayyad vom NSCL Ende 2016 Prof. Christoph Dalitz vom Institut für Mustererkennung (iPattern) kontaktiert. Dalitz hatte zuvor auf einer Konferenz in Rom einen Algorithmus vorgestellt, der auf die Experimente in Spezialfällen anwendbar war. Für andere Konstellationen musste jedoch ein neues Verfahren entwickelt werden. Eine Besonderheit der Experimente am NSCL ist nämlich, dass dabei Teilchen mit einem breiten Spektrum von Kernladungszahlen und Massen entstehen, die zu nicht mehr einfach zu beschreibenden Teilchenbahnen führen.

Der Professor für Mathematik und Informatik am Fachbereich Elektrotechnik und Informatik entwarf auf Anregung des US-Physikers zusammen mit zwei Studierenden des Masterstudiengangs Informatik einen neuen Algorithmus. Dieser sollte in der Lage sein, große Datenmengen schnell auszuwerten und zugleich Teilchenbahnen verschiedenster Formen erkennen können. Im Rahmen seiner Masterarbeit implementierte der Student Lukas Aymans eine erste Version des Algorithmus.

Neues Verfahren bereits integriert

Im Juni 2017 war Aymans, der inzwischen sein Studium abgeschlossen hat, für einen Monat an der Michigan State University zu Gast, um den neuen Algorithmus vor Ort in die Analyse-Software des NSCL zu integrieren. Anschließend hat der Student Jens Wilberg Prof. Dalitz in umfangreichen Experimenten bei der Verbesserung und Validierung des Algorithmus unterstützt. Mittlerweile ist das neue Verfahren in die Auswertungssoftware am NSCL integriert und der Algorithmus und dessen Evaluierung in einem wissenschaftlichen Fachartikel beschrieben.

Christoph Dalitz: „Es freut mich, dass wir mit an unserer Hochschule entwickelten Methoden der Mustererkennung dazu beitragen können herauszufinden, was die Welt im Innersten zusammenhält.“

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Quelle: Hochschule Niederrhein