Performance study of Kalman Filter track reconstruction algorithms in the FOOT experiment

Il progresso tecnologico ha portato all'evoluzione delle tecniche di radiazione oncologica, tra cui spicca il trattamento di adroterapia, che utilizza particelle cariche come protoni e ioni C. Il vantaggio rispetto alla radioterapia convenzionale, è la peculiare curva di rilascio di dose di particelle cariche nei tessuti, che presenta un massimo localizzato (picco di Bragg) alla fine del cammino. L'obiettivo di un trattamento adroterapico è la localizzazione della massima dose nel volume tumorale con minimo rilascio di dose nei tessuti sani circostanti. Oggigiorno, il Treatment Planning System (TPS) non considera appieno gli eventi di frammentazione, sia del bersaglio di materia organica nel caso di fasci di protoni, sia del proiettile in caso di ioni pesanti. Questo può portare alla sottostima della dose rilasciata negli organi a rischio, compromettendo l'efficacia del trattamento. Il nuovo esperimento FOOT (FragmentatiOn Of Target) si incarica di ricavare dati sperimentali sulla sezione d'urto dei frammenti prodotti nell'interazione tra particelle cariche (protoni e ioni pesanti come C, He e O) e tessuti biologici alle energie di 200-400 MeV/u. Questi dati saranno essenziali sia per il miglioramento dei trattamenti di adroterapia, sia per lo studio e l'ottimizzazione di meccanismi di radioprotezione per gli astronauti in orbita. L'apparato di FOOT consiste in un sistema di tracking in campo magnetico ad alta precisione ed utilizzando l'approccio di cinematica inversa, permette il calcolo della sezione d'urto differenziale di frammentazione nucleare con un'incertezza minore del 5%. La ricostruzione delle tracce si basa sul software SHOE (Software for Hadrontherapy Optimization Experiment), che utilizza il toolkit GENFIT ed il suo algoritmo Kalman di ricostruzione. Questa tesi si occupa dello studio di metodi per l'ottimizzazione della ricostruzione delle tracce, focalizzandosi in particolare sul filtro di Kalman e la sua performance nell'esperimento FOOT.