Ny algoritme for partikelstrøm forbedrer ATLAS -eksperimentets præcision

Protonkollisioner i Large Hadron Collider resulterer ofte i produktion af "stråler" af partikler. Disse jetfly er et centralt element i måling af mange processer, såsom forfald af Higgs bosoner eller andre eksotiske partikler. En stråle er en strøm af partikler, der produceres, når en kvark eller gluon er en af ​​forfaldets udgående partikler.

Tilføjelse af spor til jetfly

Indtil nu, ATLAS -eksperimentet har målt energier og positioner af jetfly ved hjælp af det fint segmenterede kalorimetersystem, hvor både elektrisk ladede og neutrale partikler interagerer. Imidlertid, det indre detektorsporingssystem giver mere præcise målinger af ladede partikelenergier og positioner.

Et nyligt ATLAS -papir beskriver en partikelstrømalgoritme, der ekstrapolerer de ladede spor, der ses af den indre detektor, til kalorimeterområderne. Algoritmen justerer derefter måling af kalorimeterenergi for at udelukke disse energiaflejringer, Ideelt set efterlader kun en kalorimetermåling af de elektrisk neutrale partikler. At sortere, hvor meget energi der blev deponeret af de ladede partikler, er et af de mest komplicerede aspekter af algoritmen.

At komme til sandheden

For at teste, hvor godt algoritmen fungerer, vi bruger såkaldte "sandhedsoplysninger". Dette fortæller os, hvor meget energi en simuleret partikel aflejrer i vores kalorimetre under en simuleret kollision. Vi kan sammenligne det med den energi, vores algoritme fjerner fra kalorimeteret for den ladede partikel, og juster algoritmen for at komme så tæt på "sandheden" som muligt.

Rasende interaktioner

Med øget lysstyrke, flere og flere uønskede partikelkollisioner finder sted (kendt som "ophobning"), fordreje den interaktion, vi er interesseret i at måle. For eksempel, i de data, der blev indsamlet sidste år, en typisk kollision, der undersøges, kan være en del af en begivenhed med 30 andre kollisioner, vi ikke er interesseret i. Den interessante kollision er kendetegnet ved, at der kommer partikler med høj momentum ud af den, mens de andre 30 typisk ville indeholde partikler med lav momentum.

ATLAS indre detektor kan samle ladede spor i grupper kendt som hjørner ved hjælp af den præcise måling af afstanden fra nærmeste tilgang til kollisionspunktet. Disse oplysninger kan bruges til at fjerne mange af de ladede partikler, der stammer fra ophobning. Jetenergimålingen består derefter af en kombination af målinger i den indre detektor og kalorimeter, med en korrektion for den elektrisk neutrale ophobning.

Algoritmens ydelse er beskrevet i det nye ATLAS -papir. Det viser forbedret præcision for målinger af energien og vinkelpositionen for jetfly med tværgående momenta under omkring 70 GeV. Desuden, det viser en reduktion i antallet af jetfly, der stammer fra stabling-interaktioner. Selvom sidstnævnte allerede er vigtig, det bliver endnu mere vigtigt, når lysstyrken i LHC stiger. Sammenligning af simulering med data indsamlet i 2012 har vist, at algoritmen beskriver reelle interaktioner ganske præcist i eksperimentet.