[论文解读] Hadron Energy Reconstruction for the ATLAS Barrel Prototype Combined Calorimeter in the Framework of the Non-parametrical Method

Y. Kulchitsky|ArXiv.org|Apr 6, 2000

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 5被引用 6

一句话总结

该论文提出了一种用于ATLAS桶部原型组合式量能器的非参数化方法，仅利用已知的e/h比值和电子标定常数，无需最小化过程即可实现强子能量重建。该方法实现了±1%的平均能量重建精度，能量分辨率为[(58±3)%√GeV/√E + (2.5±0.3)%] ⊕ (1.7±0.2) GeV/E，且测量得到的LAr电磁隔室e/h比值为1.74±0.04，与该类型量能器的理论预测一致。

ABSTRACT

Hadron energy reconstruction for the Atlas barrel prototype combined calorimeter, consisting of the lead-liquid argon electromagnetic part and the iron-scintillator hadronic part, in the framework of the non-parametrical method has been fulfilled. This method uses only the known e/h ratios and the electron calibration constants and does not require the determination of any parameters by a minimization technique and can be used for the fast energy reconstruction in the first level trigger. The obtained reconstruction of the mean values of energies is within $\pm 1%$ and the fractional energy resolution is $[(58\pm3)% \sqrt{GeV}/\sqrt{E}+(2.5\pm0.3)%]\oplus (1.7\pm0.2) GeV/E$. The obtained value of the e/h ratio for electromagnetic compartment of the combined calorimeter is $1.74\pm0.04$ and agrees with the prediction that $e/h > 1.7$ for this electromagnetic calorimeter. The results of the study of the longitudinal hadronic shower development are presented. The data have been taken in the H8 beam line of the CERN SPS using pions of 10 -- 300 GeV.

研究动机与目标

• 开发一种快速、非参数化的组合式量能器能量重建方法，避免使用最小化技术。
• 测定ATLAS桶部原型量能器中铅-液氩电磁隔室的e/h比值。
• 利用测试束数据研究组合式量能器中纵向强子簇射的发育过程。
• 通过10至300 GeV的π介子束验证非参数化方法的性能。
• 通过引入测量得到的e/h比值，改进纵向簇射剖面的参数化描述。

提出的方法

• 非参数化方法利用已知的e/h比值和电子标定常数，避免迭代最小化过程以实现能量重建。
• 能量重建基于测量得到的e/h比值，并假设电磁分量对电子的响应遵循已知标定。
• 纵向簇射剖面采用Bock等人参数化方法（公式16）的改进版本进行建模，参数根据测量得到的e/h值进行调整。
• 通过调节两个参数b和w对参数化模型进行优化，使其与实验数据匹配，其中b按测量得到的e/h比值缩放，w按e/π比值缩放。
• 计算LAr和Tile量能器中的总能量沉积，并与不同能量下的实测相对能量分配进行比较。
• 使用CERN SPS H8束线中10–300 GeV的π介子束数据，通过筛选条件选择单轨迹π介子事例并排除背景。

实验结果

研究问题

• RQ1 非参数化方法是否能在不依赖参数最小化的情况下实现精确的强子能量重建？
• RQ2 ATLAS桶部原型中铅-液氩电磁量能器的e/h比值实测值是多少？
• RQ3 经调整后的Bock等人参数化方法在多大程度上能合理描述组合式量能器中纵向强子簇射的发育过程？
• RQ4 LAr和Tile量能器中的相对能量沉积如何随入射强子能量变化？
• RQ5 在10–300 GeV的π介子束能量范围内，非参数化方法的能量分辨率性能如何？

主要发现

• 非参数化能量重建方法在强子能量高于10 GeV时，实现了±1%的平均能量重建精度。
• 能量分辨率测量结果为[(58±3)%√GeV/√E + (2.5±0.3)%] ⊕ (1.7±0.2) GeV/E，表明在高能区具有优异性能。
• 电磁隔室的e/h比值测量结果为1.74±0.04，与该类型LAr量能器e/h > 1.7的理论预测一致。
• 经实测e/h比值调整后的改进参数化模型，对纵向簇射剖面提供了合理的描述，拟合优度概率超过5%。
• LAr量能器的能量沉积占比从10 GeV时的约50%下降至300 GeV时的约30%，而Tile量能器的能量份额随能量升高而增加。
• 由于方法简单且无需迭代拟合，该方法适用于一级触发中的快速能量重建。