Protonbotsingen in de Large Hadron Collider resulteren vaak in de productie van "jets" van deeltjes. Deze jets zijn een sleutelelement bij het meten van veel processen, zoals het verval van Higgs-bosonen of andere exotische deeltjes. Een jet is een stroom deeltjes die wordt geproduceerd wanneer een quark of gluon een van de uitgaande deeltjes van het verval is.

Tracks toevoegen aan jets

Tot nu toe, het ATLAS-experiment heeft de energieën en posities van jets gemeten met behulp van het fijn gesegmenteerde calorimetersysteem, waarin zowel elektrisch geladen als neutrale deeltjes op elkaar inwerken. Echter, het volgsysteem van de binnenste detector biedt nauwkeurigere metingen van de energieën en posities van geladen deeltjes.

Een recent ATLAS-artikel beschrijft een deeltjesstroomalgoritme dat de geladen sporen die door de binnenste detector worden gezien, extrapoleert naar de calorimetergebieden. Het algoritme past vervolgens de energiemeting van de calorimeter aan om deze energieafzettingen uit te sluiten, idealiter blijft er alleen een calorimetermeting over van de elektrisch neutrale deeltjes. Uitzoeken hoeveel energie de geladen deeltjes hebben afgezet, is een van de meest gecompliceerde aspecten van het algoritme.

Achter de waarheid komen

Om te testen hoe goed het algoritme presteert, we gebruiken zogenaamde "waarheidsinformatie". Dit vertelt ons hoeveel energie een gesimuleerd deeltje in onze calorimeters afzet tijdens een gesimuleerde botsing. We kunnen dat vergelijken met de energie die ons algoritme uit de calorimeter haalt voor dat geladen deeltje, en pas het algoritme aan om zo dicht mogelijk bij de "waarheid" te komen.

Valse interacties

Met verhoogde helderheid, er vinden steeds meer ongewenste deeltjesbotsingen plaats (bekend als "pile-up"), het verstoren van de interactie die we willen meten. Bijvoorbeeld, in de gegevens die vorig jaar zijn verzameld, een typische botsing die wordt bestudeerd, kan deel uitmaken van een gebeurtenis met 30 andere botsingen waarin we niet geïnteresseerd zijn. De interessante botsing wordt gekenmerkt doordat er deeltjes met een hoog momentum uit komen, terwijl de andere 30 typisch deeltjes met een laag momentum zouden bevatten.

De ATLAS-binnendetector kan geladen sporen clusteren in groepen die bekend staan ​​als hoekpunten met behulp van de nauwkeurige meting van de afstand van de dichtste nadering tot het botsingspunt. Deze informatie kan worden gebruikt om veel van de geladen deeltjes afkomstig van pile-up te verwijderen. De straalenergiemeting bestaat dan uit een combinatie van metingen in de binnenste detector en calorimeter, met een correctie voor de elektrisch neutrale stapeling.

De prestaties van het algoritme worden beschreven in de nieuwe ATLAS-paper. Het toont verbeterde precisie voor metingen van de energie en hoekpositie van jets met transversale momenta onder ongeveer 70 GeV. Verder, het toont een vermindering van het aantal jets aan dat afkomstig is van stapelingsinteracties. Hoewel dat laatste al belangrijk is, het wordt zelfs nog belangrijker naarmate de helderheid van de LHC toeneemt. Het vergelijken van simulatie met gegevens die in 2012 zijn verzameld, heeft aangetoond dat het algoritme echte interacties in het experiment vrij nauwkeurig beschrijft.