[论文解读] 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 98

一句话总结

本文描述了对 Fermi-LAT Pass 8 SOURCE 事件选择的数据驱动改进，识别出两种残留背景源（非相互作用的重离子和带状泄漏的电子），并实施筛选条件，在尽量保持接受度的前提下降低背景，最终推出新的 P8R3 SOURCEVETO 类。

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).

研究动机与目标

• 解释 Pass 8 SOURCE 数据中的各向异性残留背景及其对天空分析的影响。
• 使用数据驱动方法识别残留背景源（不依赖完整仿真）。
• 开发并实现筛选条件，在保留调查接受度的同时拒绝残留背景。
• 提出更新的事件类（SOURCEVETO），在背景拒绝与接受之间取得平衡。

提出的方法

• 使用 STS 区分电磁与强子淋雨，并用能量感知参数化来校正几何依赖性。
• 应用 ToT 与 STS 的分析以识别非相互作用的重离子，并实现 ToT/每层最大晶体数的裁剪以拒绝重离子事件。
• 在 STS 与 S_tile 平面中定义纯光子区域（PPR），仅使用数据将背景丰富的 REF 样本相对于参考伽马丰富样本（HLD）重新归一化。
• 通过比较 REF 与 HLD 样本来研究残留背景；迭代调整 PPR 的定义以确保背景估计的稳健性。
• 研究通过 ACD 带泄漏的电子/正电子并量化方位角泄漏，以导出对带信号的能量相关裁剪。
• 实现一个新的 SOURCEVETO 类，采用基于未命中 TKR 硅条 (SSDs) 的 ACD 瓷片信号裁剪条件，在提高背景拒绝的同时保持接受度。

实验结果

研究问题

• RQ1 Pass 8 SOURCE 类中最主要的残留背景源是什么？
• RQ2 数据驱动技术（在不进行全仿真的前提下）是否能够量化并将残留背景与真实伽马事件分离？
• RQ3 如何在不显著损失 LAT 天空接受度的情况下有效拒绝 ACD 带泄漏和重离子事件？
• RQ4 有条件的 ACD 瓷片裁剪是否能在轨迹头部和 ACD 之间有/无未命中 TKR SSD 的事件上改进背景拒绝？
• RQ5 在不同能量带中，修订后的 Pass 8 选择（P8R3）的残留背景对接受度的性能如何？

主要发现

• 被确定为主要残留背景源的是非相互作用的重离子和通过 ACD 带泄漏的电子。
• 一个简单的 ToT 与每层最大晶体数量裁剪拒绝了许多重离子诱发事件，降低了高纬度弥散背景。
• 仅数据方法（REF 与 HLD 结合 PPR）估计残留背景；正确的 PPR 定义使 HLD 的残留背景比例约为 30%。
• 通过 ACD 带泄漏的电子产生四峰状的方位角模式；能量相关的带信号裁剪使泄漏降低到小于 HLD 通量的 1%。
• 新的 SOURCEVETO 类在 10 GeV 以上的残留背景低于 SOURCE，在约 20 GeV 以下则可与 ULTRACLEANVETO 相当，接受度损失仅为适度范围（在 10 GeV 以下约 0–4%，在约 300 GeV 时约 1%）。
• P8R3 选择显著降低了在 P8R2SOURCE 中看到的各向异性残留背景，在多个区间接近 ULTRACLEANVETO 水平。