[論文レビュー] Performance of the ATLAS Minimum Bias Trigger in pp collisions at the LHC

L. Tompkins|arXiv (Cornell University)|Sep 30, 2010

Particle Detector Development and Performance参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、7 TeVの陽子-陽子衝突におけるATLAS最小バリエーショントリガーシステムの性能を評価しており、前方領域に配置されたシンチレーション器ベースのトリガー（MBTS）とピクセルおよびSCT検出器を用いたトラッキングベースのトリガー（mbSpTrk）という2つの補完的トリガーに焦点を当てる。MBTSトリガーは、pT > 100 MeVで10本以上のトラックを有するイベントに対して95%を超える効率を達成し、高い包括性と低いモデル依存性を示しており、ソフトQCD相互作用における荷電粒子多重度の正確な測定を可能にする。

ABSTRACT

The early physics program at the ATLAS experiment includes measuring the basic properties of proton proton collisions, such as charged particle multiplicities, in order to constrain phenomenological models of soft interactions in the LHC energy regime. An inclusive and well understood trigger is crucial to minimize any possible bias in the event selection. The ATLAS experiment uses two complementary types of minimum bias triggers. A scintillator trigger sensitive to the forward regions of 2.1

研究の動機と目的

• 初期LHC物理学測定における最小限のバイアスを確保するため、高効率で包括的な最小バリエーショントリガーシステムを実装すること。
• 最小バリエーションイベントを検出する前方領域（2.1 < |η| < 3.8）におけるMBTSシンチレーション器トリガーの性能を特徴づけること。
• データとモンテカルロシミュレーションを用いて、MBTSカウンタの効率と応答の一様性を検証すること。
• 内側検出器のヒットを用いた補完的トラッキングベースのトリガー（mbSpTrk）とMBTSトリガーの性能を比較すること。
• 高エネルギーでのp-p衝突における荷電粒子多重度を測定するための堅牢で低バイアスなデータ収集フレームワークを提供すること。

提案手法

• MBTSトリガーは、|η| ≈ 3.6に配置された16個のシンチレーションカウンタ（η方向に2リング、φ方向に8個）を用い、波長シフトファイバーを介して読み取られ、信号とノイズを区別するため0.15 pCのしきい値が設定されている。
• レベル1トリガーは先端検出器を用いてヒットを登録し、CTPは各側の最低カウンタしきい値を満たすことで、グローバルトリガービット（MBTS_X、MBTS_X_X）を設定する。
• mbSpTrkトリガーは、レベル1で衝突する束のランダムサンプリングを実施し、レベル2では内側トラッキング検出器からの少なくとも4つのピクセルおよび4つのSCTクラスタを要件としている。
• 効率は、mbSpTrkを基準トリガーとして測定され、オフラインでのトラック再構築により真のイベント多重度が定義される。
• 系統的不確実性は、特にmbSpTrkを基準として使用することによるバイアスを評価するため、モンテカルロシミュレーションを用いて評価される。
• MBTS効率におけるカウンタ間のばらつきは、データとモンテカルロを比較することで検討され、エッジ効果と動作点の違いが主な乖離要因と特定された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 pT > 100 MeV、|η| < 2.5の条件下で、荷電粒子数が異なるイベントにおけるMBTSトリガーの効率はいかほどか？
• RQ2 MBTS効率におけるカウンタ間のばらつきが、全体のトリガー性能に与える影響はどの程度か？
• RQ3 mbSpTrkトリガーがMBTS効率の測定に信頼できる基準としてどの程度適しているか？
• RQ4 ビーム背景および複数衝突率は、トリガー効率測定にどのように影響を与えるか？
• RQ5 モンテカルロシミュレーションは、特にエッジ部および低η領域において、MBTSカウンタのデータ応答をどの程度正確に再現しているか？

主な発見

• MBTS_1トリガーは、pT > 100 MeV、|η| < 2.5で10本以上のトラックを有するイベントに対して95%を超える効率を達成し、高い包括性を示している。
• MBTS_2トリガー（各側で少なくとも2つのカウンタがしきい値を超える必要がある）は、MBTS_1とほぼ同等の高い効率を維持しているが、ビーム関連の背景に対しては感受性が低い。
• 一致条件（例：MBTS_1_1およびMBTS_4_4）の要件は、低多重度イベントでは想定通りに効率を著しく低下させる。
• データから、カウンタ間の効率ばらつきが数パーセント程度であることが判明し、これは動作点の違いやカウンタエッジ部での光収率の低下に起因するとされ、モンテカルロシミュレーションでは完全に捉えられていない。
• mbSpTrkを基準として使用することに起因する系統的バイアスは、モンテカルロスタディにより無視できるほど小さいことが確認された。
• 両トリガーの全体的な性能は、ATLASがモデル依存性を最小限に抑えた包括的最小バリエーションデータ収集を可能にし、LHCにおけるソフトQCD相互作用の研究にとって不可欠である。