[論文レビュー] Fermi-LAT improved Pass~8 event selection

P. Bruel, T. H. Burnett+4 more|arXiv (Cornell University)|Oct 26, 2018

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用数 98

ひとこと要約

本論文は、Fermi-LAT Pass 8 SOURCE イベント選択のデータ駆動による改善を説明し、2つの残留背景源（非相互作用性の重イオンとリボンから漏れ出す電子）を特定し、背景を最小限の受理損失で減少させるカットを実装し、最終的に新しい P8R3 SOURCEVETO クラスを生み出す。

ABSTRACT

The current version of the Fermi Large Area Telescope data (P8R2) has been publicly available since June 2015, with the caveat that the residual background of all event classes, except ULTRACLEANVETO, was not fully isotropic: it was enhanced by a factor ~2 at 1-3 GeV within ~20 deg of the Ecliptic compared to the poles. By investigating the residual background using data only, we were able to find two sources of residual background: one due to non-interacting heavy ions and one due to cosmic-ray electrons leaking through the ribbons of the Anti-Coincidence Detector, the latter source being responsible for the background anisotropy. A set of simple cuts allows us to reject these events while losing less than 1% of the SOURCE class acceptance. This new selection has been used to produce a new version of the LAT data (P8R3).

研究の動機と目的

• Pass 8 SOURCEデータにおける各方位性を持つ残留背景と空用解析への影響を説明する。
• データ駆動の手法（完全なシミュレーション依存なし）を用いて残留背景の源を特定する。
• 残留背景を拒否しつつサーベイの受理を保持するカットを開発・実装する。
• 背景 rejection と受理のバランスを取る更新イベントクラス（SOURCEVETO）を提案する。

提案手法

• EM/電磁シャワーと hadronic シャワーを識別するために STS を用い、エネルギー依存性のパラメータ化で幾何学的依存性を補正する。
• ToT と STS の解析を適用して非相互作用重イオンを識別し、ToT/最大クラスター数の層あたりのカットを実装して重イオンイベントを拒否する。
• STSと S_tile 平面における純粋光子領域（PPR）を定義して、データのみを用いて背景が豊富な REF サンプルを参照ガンマ豊富サンプル（HLD）に対して再正規化する。
• REF と HLD サンプルを比較して残留背景を調査し、頑健な背景推定を確保するためにPPRの定義を反復的に調整する。
• ACD リボンを通過して漏れ出す電子/陽電子を研究し、方位 leakage を定量化してリボン信号に対するエネルギー依存のカットを導出する。
• 非ヒット TKR Silicon Strip Detectors（SSDs）の存在条件下でのACDタイル信号カットを条件付きで導入し、受理を維持しつつ背景拒否を強化する SOURCEVETO クラスを実装する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Pass 8 SOURCE クラスにおける支配的な残留背景の源は何か。
• RQ2 完全なシミュレーションなしでデータ駆動の手法が残留背景を定量化・分離できるか。
• RQ3 LATの天空受理を大きく失うことなく、ACDリボン漏れと重イオンイベントを効果的に拒否できるか。
• RQ4 トラックヘッドとACDの間で非ヒット TKR SSD がある場合とない場合で、ACDタイルの条件付きカットは背景拒否を改善するか。
• RQ5 改訂された PASS 8 選択（P8R3）の残留背景と受理の性能は、エネルギー帯域ごとにどう変化するか。

主な発見

• 非相互作用性の重イオンとACDリボンを通過して漏れる電子が主要な残留背景源として同定された。
• ToT と最大カルシウム計算層数のカットにより多くの重イオン誘発イベントを拒否し、高緯度拡散背景を低減した。
• データのみの手法（REF vs HLD とPPR）で残留背景を推定；正しいPPR定義によりHLDの残留背景分率は約30%となる。
• ACDリボンを通過して漏れる電子は4つのピークの方位パターンを作り出す；エネルギー依存のリボンカットによりこの漏れをHLDフラックスの<1%に低減した。
• 新しい SOURCEVETO クラスは10 GeV以上で SOURCE より低い残留背景を達成し、約20 GeV以下では ULTRACLEANVETO に匹敵する背景抑制を示し、受理の低下はわずかに留まる（10 GeV以下で約0–4%、約300 GeV周辺で約1%）。
• P8R3 選択は P8R2SOURCE に見られた非対称の残留背景を大幅に低減し、いくつかの領域で ULTRACLEANVETO レベルに近づいた。