Figur 1:I närvaro av pile-up, falska jetstrålar kan uppstå från partiklar som inte produceras i den hårda spridningsinteraktionen. Figuren visar antalet falska jetstrålar för kalorimeterstrålar (LC) och partikelflödesstrålar i simulerade händelser med två jetstrålar och i genomsnitt 24 oönskade kollisioner. Kredit:ATLAS Collaboration/CERN
Protonkollisioner i Large Hadron Collider resulterar ofta i produktionen av "strålar" av partiklar. Dessa strålar är ett nyckelelement i mätningen av många processer, såsom sönderfall av Higgs bosoner eller andra exotiska partiklar. En jet är en ström av partiklar som produceras när en kvarg eller gluon är en av sönderfallets utgående partiklar.
Lägger till spår till jetplan
Tills nu, ATLAS-experimentet har mätt strålarnas energier och positioner med hjälp av det finsegmenterade kalorimetersystemet, där både elektriskt laddade och neutrala partiklar samverkar. Dock, det inre detektorspårningssystemet ger mer exakta mätningar av laddade partikelenergier och positioner.
En färsk ATLAS-tidning beskriver en partikelflödesalgoritm som extrapolerar de laddade spåren som ses av den inre detektorn till kalorimeterområdena. Algoritmen justerar sedan kalorimeterns energimätning för att utesluta dessa energiavlagringar, lämnar helst endast en kalorimetermätning av de elektriskt neutrala partiklarna. Att sortera ut hur mycket energi som deponerats av de laddade partiklarna är en av de mest komplicerade aspekterna av algoritmen.
Att komma till sanningen
För att testa hur bra algoritmen fungerar, vi använder så kallad "sanningsinformation". Detta berättar för oss hur mycket energi en simulerad partikel avsätter i våra kalorimetrar under en simulerad kollision. Vi kan jämföra det med energin som vår algoritm tar bort från kalorimetern för den laddade partikeln, och justera algoritmen för att komma så nära "sanningen" som möjligt.
Figur 2:Den azimutala vinkelupplösningen för kalorimeterstrålar (LC) och partikelflödesstrålar som en funktion av strålens tvärrörelsemängd, pT, bestäms i simulering av händelser med två jetplan och i genomsnitt 24 oönskade kollisioner. Kredit:ATLAS Collaboration/CERN
Falska interaktioner
Med ökad ljusstyrka, fler och fler oönskade partikelkollisioner äger rum (känd som "pile-up"), förvränga den interaktion vi är intresserade av att mäta. Till exempel, i de uppgifter som samlades in förra året, en typisk kollision som studeras kan vara en del av en händelse med 30 andra kollisioner som vi inte är intresserade av. Den intressanta kollisionen kännetecknas av att partiklar med hög fart kommer ut ur den, medan de övriga 30 typiskt skulle innehålla partiklar med låg rörelsemängd.
ATLAS inre detektor kan gruppera laddade spår i grupper som kallas hörn med hjälp av den exakta mätningen av avståndet närmast kollisionspunkten. Denna information kan användas för att ta bort många av de laddade partiklarna som härstammar från pile-up. Jetenergimätningen består sedan av en kombination av mätningar i den inre detektorn och kalorimetern, med en korrigering för den elektriskt neutrala pile-upen.
Algoritmens prestanda beskrivs i det nya ATLAS-dokumentet. Den visar förbättrad precision för mätningar av energi och vinkelposition för jetstrålar med transversellt momenta under cirka 70 GeV. Vidare, det visar på en minskning av antalet jetstrålar som härrör från pile-up-interaktioner. Även om det senare redan är viktigt, det blir ännu viktigare när ljusstyrkan hos LHC ökar. Att jämföra simulering med data som samlades in 2012 har visat att algoritmen beskriver verkliga interaktioner ganska exakt i experimentet.
