高能物理数据分析

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导言

第1章 实验数据的实时触发与过滤

1.1 触发与过滤的定义及目标

1.1.1 粒子加速器的一般性能

1.1.2 次级束流

1.1.3 散射实验中的能量平衡

1.1.4 亮度

1.1.5 加速器的时间结构

1.1.6 不同种类加速器的事例率

1.1.7 本底事例率

1.2 触发方案

1.2.1 在线数据减低

1.2.2 电子器件的死时间

1.2.3 真符合与假符合、偶然符合

1.2.4 多级触发

1.3 排队论、队列模拟和可靠性

1.3.1 排队论

1.3.2 队列模拟

1.3.3 可靠性理论

1.4 触发的分类

1.4.1 基于事例拓扑的触发

1.4.2 基于粒子种类的触发

1.4.3 基于能量沉积的触发

1.4.4 基于丢失能量的触发

1.4.5 基于不变质量的触发

1.4.6 基于相互作用点（顶点）的触发

1.4.7 接收度

1.5 触发的示例

1.5.1 固定流触发

1.5.2 基于集总延迟线的寻迹触发

1.5.3 基于内存查表法的寻迹触发

1.5.4 基于可编程阵列的径迹触发

1.5.5 基于变流程数据驱动处理电路的径迹触发

1.5.6 基于内容可定址存储器和查表法的径迹微程序处理电路

1.5.7 基于能量的触发

1.5.8 基于不变质量的数据驱动触发

1.5.9 基于神经网络对中性π介子的触发

1.5.10 基于顶点的触发

1.5.11 基于短寿命粒子在硅微条探测器申作用顶点的触发

1.6 触发的实现

1.6.1 电子器件

1.6.2 神经网络芯片

1.6.3 流水线

1.7 多线编程

1.7.1 数字信号处理器（DSP）

1.7.2 并行处理

1.8 通讯线和总线系统

1.8.1 同步与异步总线

1.8.2 寻址

1.8.3 数据传输

1.8.4 控制线

1.8.5 响应

1.8.6 中断

1.8.7 多主控插件及总线仲裁

1.8.8 物理实验中采用总线的特点

1.8.9 MicroTCA的特性

1.8.10 数据总线的标准化

第2章 模式识别

2.1 寻迹基础

2.1.1 径迹探测器

2.1.2 径迹模型

2.2 模式识别原理

2.2.1 模式空间

2.2.2 训练样本和协方差矩阵

2.2.3 对象分类

2.2.4 特征空间

2.2.5 类、原型和测度

2.2.6 模板比配

2.2.7 线性特征提取

2.2.8 最小生成树（MST）

2.2.9 组合优化

2.3 寻迹基本原理

2.3.1 点的去除

2.3.2 径迹品质

2.3.3 利用投影或空间点位置寻迹

2.3.4 径迹交叠的处理

2.3.5 候选径迹的相容性

2.3.6 寻迹效率

2.4 寻迹方法

2.4.1 分类

2.4.2 局域方法

2.4.3 全局方法

2.5 粒子簇射搜寻

2.5.1 一些定义

2.5.2 量能器中的物理过程

2.5.3 量能器参数

2.5.4 簇射参数

2.5.5 簇射模拟

2.5.6 量能器算法实例

2.6 环像切仑科夫计数器的粒子鉴别

2.6.1 环像切仑科夫技术

2.6.2 利用环像切仑科夫探测器分析数据的实例

第3章 径迹和顶点拟合

3.1 径迹拟合的任务

3.1.1 本章使用的符号

3.2 径迹参数的估计

3.2.1 基本概念

3.2.2 最小二乘法（LSM）全局径迹拟合

3.2.3 关于估计理论的若干评述

3.2.4 拟合优度检验

3.2.5 最小二乘法的递归径迹拟合（卡尔曼滤波）

3.2.6 稳健滤波

3.3 带电粒子径迹拟合

3.3.1 径迹模型

3.3.2 权矩阵

3.3.3 径迹元合并

3.3.4 数值极小化方法

3.4 连接多条径迹形成顶点

3.4.1 基本概念

3.4.2 全局顶点拟合和卡尔曼滤波

3.4.3 径迹连接和稳健顶点拟合

3.4.4 运动学约束

3.5 径迹重建：实例和评述

第4章 数据分析的工具和概念

4.1 计算机中公式和数据的提取

4.2 数据访问方法

4.3 图形

4.4 多维分析

4.5 数据选择

4.5.1 一个简单的假想例子

4.5.2 一个取自实验的例子

4.5.3 实际的结论

4.6 数据的累积、投影和图形表示

4.6.1 数据分区

4.6.2 误差分析

4.6.3 数据的图形表示

参考文献

索引

《高能物理数据分析》根据英国剑桥大学出版社（Cambridge University Press）出版的R.Frnhwirth等人所著《高能物理数据分析》（Data Analysis Techniques for High-Energy Physics）一书的2000年版（第2版）译出。
《高能物理数据分析》原著是一部在国际实验高能物理界具有广泛影响的著作，它系统地介绍了高能物理实验数据分析涉及的各方面内容，主要包括在线实时分析和数据获取后的离线分析两大部分。在线分析包括事例的硬件实时触发、软件过滤和初步判选；离线分析包括带电粒子寻迹、径迹重建、粒子簇射重建、高速带电粒子产生的切仑科夫环像重建、径迹拟合、事例初级和次级顶点拟合等。此外，还简要描述了实验数据的物理分析方法，包括数据提取和选择的基本原理，利用图形来诠释数据和进行事例显示等。书中列举了许多实际的例子和大量原著的文献，以帮助读者深入理解所阐述的内容。
本书可供从事粒子物理、核物理、重离子物理、粒子天体物理、宇宙线物理、探测器设计和制造的实验物理工作者、工程师和研究生，以及大专院校相关专业师生参考。

《高能物理数据分析》是由R.Frnhwirth等人所著编写，全书共分4个章节，主要对高能物理实验数据分析涉及的各方面内容作了系统地介绍，具体内容包括实验数据的实时触发与过滤、模式识别、径迹和顶点拟合及数据分析的工具和概念。该书可供各大专院校作为教材使用，也可供从事相关工作的人员作为参考用书使用。