Sporing af partikler ved energigrænsen

En ny tidsalder for udforskning oprandt ved starten af ​​Run 2 af Large Hadron Collider, da protoner begyndte at kollidere ved den hidtil usete massecentrum-energi på 13 TeV. ATLAS-eksperimentet observerer nu ofte stærkt kollimerede bundter af partikler (kendt som jetfly) med energier på op til flere TeV, samt tau-leptoner og b-hadroner, der passerer gennem de inderste detektorlag, før de henfalder. Disse energiske kollisioner er det bedste jagtområde for tegn på ny fysik, herunder massive, hypotetiske nye partikler, der ville henfalde til meget lettere – og derfor stærkt boostede – bosoner.

I disse meget energiske jetfly, den gennemsnitlige adskillelse af ladede partikler er sammenlignelig med størrelsen af ​​individuelle indre detektorelementer. Dette skaber let forvirring inden for de algoritmer, der er ansvarlige for at rekonstruere ladede partikelbaner (spor). Derfor, uden nøje overvejelse, dette kan begrænse sporrekonstruktionens effektivitet i disse tætte miljøer. Dette ville resultere i dårlig identifikation af langlivede b-hadroner og hadroniske tau-henfald, og vanskeligheder med at kalibrere energien og massen af ​​jetfly.

Svarende til at øge forstørrelsen af ​​et mikroskop, som forberedelse til løb 2, ATLAS hændelsesgenopbygningssoftwaren blev optimeret til bedre at kunne løse disse nærliggende partikler. Som resultat, ved vinkeladskillelser mellem en stråle og en ladet partikel under 0,02, rekonstruktionseffektiviteten for et ladet partikelspor er stadig omkring 80 % for jetfly med et tværgående momentum på 1400 til 1600 GeV i simulerede di-jet-hændelser. Dette har maksimeret potentialet for opdagelse, giver mulighed for mere detaljerede målinger af det nyligt åbnede kinematiske regime.

Nyligt offentliggjorte resultater giver et generelt overblik over den nye sporrekonstruktionsalgoritme, fremhæver ATLAS-detektorens fremragende ydeevne til at rekonstruere ladede partikler i tætte miljøer. Resultaterne viser også, for første gang, en ny metode til at bestemme in situ (dvs. fra data) effektiviteten af ​​at rekonstruere spor i et sådant miljø. Undersøgelsen bruger ioniseringsenergitabet (dE/dx), målt med ATLAS pixeldetektoren, at udlede sandsynligheden for ikke at rekonstruere et spor. De opnåede resultater bekræfter den fremragende præstation, der forventes fra studier på simulerede data.