Диссертация (1145387), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Небольшое уменьшение эффективности наблюдается впередней области для |η| > 1, 47.Треки заряженных частиц реконструируются во внутреннем детекторе для частиц, у которых поперечный импульс pT > 0, 4 ГэВ. Реконструкция треков осуществляется в два этапа. На первом этапе отбираются хиты в детекторах, которые принадлежатданному треку (англ., track-pattern recognition) [88]. На втором этапе выполняется фитирование трека для определения его параметров. При определении хитов, принадлежащих треку, для вычисления энергетических потерь в веществе внутреннего детекторав первом приближении предполагается, что трек образован π-мезоном.
Для треков споперечным импульсом pT > 1 ГэВ, у которых нет хитов в кремниевых трековых детекторах, но которые попали в конус ∆R < 0, 3 вокруг барицентра ЭМ кластера, поискхитов повторяется в предположении, что потери энергии в веществе внутреннего детектора происходят как для электрона. В этом случае допускается до 30% потерь энергиина тормозное излучение при прохождении через внутренний детектор.Фитирование треков [89] выполняется в соответсвии с электронной или пионнойгипотезой об энергетических потерях. Используется та гипотеза, которая использовалась при нахождении хитов, принадлежащих треку. Качество фитирования треков оценивается в соотвествии с критерием χ2 .
Если при реконструкции трека, который находится в конусе ∆R < 0, 3 вокруг барицентра ЭМ кластера, использовалась пионнаягипотеза для энергетических потерь, но в результате фитирования χ2 оказался слишком большим, то такой трек фитируется снова в предположении электронной гипотезыдля энергетических потерь. Такая процедура позволяет на несколько процентов увеличить эффективность реконструкции треков и применяется только для треков с энергиейET > 1 ГэВ.Реконструированные во внутреннем детекторе треки и энергетические кластерыв ЭМ калориметре связываются друг с другом.
Для этого проверяется разница по координатам φ и η между треком и кластером. Так, например, в случае если трек был полностью реконструирован в кремниевых детекторах и детекторе переходного излучения, тодля того, чтобы трек был связан с кластером, требуется, чтобы ∆η = |ηtrk − ηclus | < 0, 05и ∆φ = |φtrk − φclus | < 0, 2. Одному кластеру может принадлежать несколько треков. Сдругой стороны, могут быть кластеры, не связанные ни с одним треком.
Такие кластерыдалее рассматриваются как фотоны и не используются при реконструкции электронов.После того как кластеры связаны с треками, параметры треков переопределяются снова,используя оптимизированный для электронов алгоритм, основанный на фильтре Гаусса(англ., Gaussian Sum Filter) [90], который представляет собой нелинейное обобщение алгоритма на основе фильтра Кальмана.
Это позволяет оценить параметры треков с болеевысокой точностью, принимая во внимание нелинейные эффекты, связанные с потерей48энергии электронами на тормозное излучение. Из всех треков, связанных с кластером,определяется один, который точнее всего попадает в кластер. В качестве критерия используется расстояние между барицентром кластера и координатами трека во второмслое ЭМ калориметра.Реконструированные кластеры и треки рассматриваются далее как кандидаты вэлектроны. Каждый из кластеров последовательно перестраивается в каждом слое ЭМкалориметра, начиная со второго слоя, используя размер окна 3×7 ячеек в центральнойчасти ЭМ калориметра и 5 × 5 ячеек в торцевых частях.
Положение кластера подстраивается в каждом слое ЭМ калориметра так, чтобы учесть распределение по энергии вкаждом слое ЭМ калориметра. Разный размер кластера, используемый в центральнойчасти и торцевых частях ЭМ калориметра, выбирается для того, чтобы наиболее точноучесть распределение энергии электрона в кластере в разных частях ЭМ калориметра.На следующем этапе реконструкции кластеров для точного определения их энергии к ним применяется энергетическая калибровка [91] для считывающей электроники ЭМ калориметра.
Энергия кластера определяется как сумма энергий в трех слояхкалориметра. К измеренной энергии кластера в каждом слое применяется корректирующая поправка, которая определяется методом линейной регрессии из мультивариантного анализа большого набора моделированных событий, полученных полной реконструкцией одиночных изолированных электронов в детекторе ATLAS. В качествевходных переменных для мультивариантного анализа используются: полная энергия,измеренная в ЭМ калориметре, положение барицентра кластера в глобальной системекоординат детектора ATLAS и в локальной системе координат ЭМ калориметра. Корректирующая поправка, определенная таким образом, позволяет учесть энергетическиепотери в веществе перед ЭМ калориметром, а также утечки энергии из кластера вадронный калориметр и в стороны за границы кластера в каждом слое ЭМ калориметра.
На последнем этапе калибровки используется корректирующая поправка, котораяопределяется для разных частей калориметра путем измерения в данных инвариантноймассы Z-бозона для процесса Z → ``.Энергия реконструированного электрона определяется энергией кластера ЭМ калориметра. Азимутальный угол φ и псевдобыстрота η электрона берутся из трека, который сопоставлен кластеру, за исключением случая, когда трек был реконструировантолько в детекторе переходного излучения. В последнем случае используются φ и ηбарицентра кластера.2.3.2Идентификация электроновСреди объектов, реконструированных в соответсвии с процедурой, описанной впредыдущем разделе, содержатся не только сигнальные электроны, то есть электроны,49образующиеся в исследуемых процессах, таких как распад Z-бозона, распад W-бозона ит.
д., но также и фоновые объекты. К фоновым объектам относятся адроны от адронныхструй и фоновые электроны. К последним относятся электроны от фотонной конверсии,от распадов Далица нейтральных π-мезонов, а также электроны от полулептонных распадов адронов, содержащих тяжелые кварки.
Для подавления вклада фоновых объектовпри реконструкции электронов используются алгоритмы идентификации электронов.Алгоритмы идентификации построены таким образом, чтобы максимально уменьшитьколичество реконструированных фоновых объектов, сохранив при этом максимальновозможную эффективность регистрации электронов. Для построения алгоритмов идентификации используется набор дискриминируемых переменных, на которые либо последовательно накладываются ограничения, либо используется мультивариантный анализданного набора переменных.Для идентификации электронов используются переменные, описывающие продольную и поперечную форму ливня в ЭМ калориметре, свойства трека, реконструированного во ВД, а также переменные, описывающие, насколько точно трек попадает в кластер ЭМ калориметра.
Подробное описание этих переменных можно найти вработах [92, 93, 94, 95]. Одной из особенностей эксперимента ATLAS является использование детектора переходного излучения для идентификации электронов. Определяяотношение числа хитов на треке, которые вызвали срабатывание высокого порога регистрирующей электроники по амплитуде сигнала, к полному числу хитов на трекеможно проводить дополнительное разделение быстрых электронов (γ > 103 ) от адронови мюонов.В данной работе использовалась идентификация электронов, основанная на последовательном наложении ограничений на набор дискриминируемых переменных.
Определялось три набора переменных для идентификации электронов, которые отличалисьстепенью подавления фона и, соответственно, эффективностью регистрации электронов:слабый (англ., Loose) – подавление фона ∼ 103 , эффективность регистрации электронов∼ 99%, умеренный (англ., Medium) – подавление фона ∼ 104 , эффективность ∼ 90% исильный (англ., Tight) – подавление фона ∼ 105 , эффективность ∼ 80%. Ограничения,накладываемые на дискриминируемые переменные, оптимизировались в 10 интервалахпо псевдобыстроте электрона η и в 11 интервалах по поперечной энергии электрона ET .Оптимизация по псевдобыстроте позволяет учесть зависимость формы ЭМ ливня отраспределения пассивного вещества перед входом в ЭМ калориметр. Оптимизация поET позволяет учесть зависимость формы ливня и характеристик трека от поперечногоимпульса электрона.Для дополнительной идентификации электронов используется калориметрическая или трековая изоляция.
Калориметрическая изоляция ETcone∆R определяется каксумма энергии всех ячеек калориметра, находящихся в конусе ∆R в плоскости η − φ за50вычетом энергии в окне ∆η×∆φ = 0, 125×0, 175 вокруг барицентра кластера в ЭМ калориметре. Таким образом вычисляется энергия всех зарегистрированных частиц в конусе∆R в ЭМ калориметре за исключением самого электрона. При вычислении калориметрической изоляции вводятся поправки, которые учитывают утечки энергии ЭМ ливняэлектрона из изоляционного конуса ∆R, а также поправки, связанные с зависимостьюкалориметрической изоляции от количества взаимодействий на одно пересечение пучков.
Трековая изоляция pcone∆Rопределяется как сумма поперечных импульсов трековTс pT > 0, 4 ГэВ в конусе ∆R в плоскости η − φ вокруг электронного трека, исключая поперечный импульс электрона. При вычислении трековой изоляции учитываются толькотреки, которые образовались в той же первичной вершине, что и электрон. Кроме того, трек должен быть зарегистрирован в слое пиксельного детектора, расположенногоближе всего к оси пучка, и должен иметь не менее 9 хитов в пиксельном и стриповомкремниевом детекторе.
Эти требования удаляют из рассмотрения вторичные треки отраспадов долгоживущих частиц и треки от электронов, образовавшихся в результатеконверсии фотонов. Обычно размер конуса для трековой и калориметрической изоляции выбирают от 0,2 до 0,4.2.3.3Метод измерения эффективности регистрации электроновДля измерения эффективности реконструкции и идентификации электронов необходимо отобрать набор электронов, который содержит минимальное количество фоновых объектов. Для создания такого набора используется метод тагирования (англ.,tag&probe), который применяется к процессам распадов Z-бозонов или J/Ψ-мезонов наэлектрон-позитронную пару: Z → ee или J/Ψ → ee.
Метод тагирования состоит в том,что при отборе таких событий на один из электронов накладываются сильные критерииидентификации, так чтобы с большой вероятностью отобранный объект действительно был электроном от одного из этих процессов. Такой электрон называется тагированным. На второй отобранный электрон в таком событии не накладываются никакиекритерии отбора. Такой электрон называется пробным. Набор таких пробных электронов используется для измерения эффективности реконструкции и идентификации.
Вотобранных событиях может оказаться несколько тагированных и пробных электронов.Для получения несмещенной оценки эффективности используются все пары пробных итагированных электронов, определенных в каждом событии.Для измерения измерения эффективности рассматривается распределение по инвариантной массе пар всех тагированных и пробных электронов. Остаточный фон оценивается либо с помощью шаблонных фоновых распределений, либо фитированием распределения по инвариантной массе пар всех тагированных и пробных электронов аналитической функцией, описывающей сигнал и фон. Эффективность определяется как51отношение числа пробных электронов, прошедших исследуемый критерий, к полномучислу пробных электронов.Эффективность регистрации электрона можно представить как произведение трехмножителей: эффективности реконструкции, эффективности идентификации и эффективности триггера.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
