[論文レビュー] Minimum Bias Triggers at ATLAS, LHC

R. Kwee|ArXiv.org|Dec 2, 2008

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 2被引用数 6

ひとこと要約

本論文は、LHCにおけるATLAS実験のための二つの補完的最小バイアストリガを提示する。一つは |η| < 2.5 の範囲で使用されるインナーディテクタ（ID）に基づくものであり、もう一つは 2.1 < |η| < 3.8 の範囲で使用される最小バイアストリガスチルレーター（MBTS）に基づくものである。両トリガが、空のイベントやビームガスイベントを効果的に抑制しながらも、非弾性相互作用に対して95%以上の高い効率を維持し、効果的にバイアスのないデイフラクティブイベント選択を可能にすることを示している。これにより、10–14 TeVの中心系エネルギーにおけるソフトQCD過程の精密測定が可能になる。

ABSTRACT

In the first phase of LHC data-taking ATLAS will measure the charged-particle density at the initial center-of-mass energy of 10 TeV and then at 14 TeV. This will allow us improve our knowledge of soft QCD models and pin-down cross-sections of different classes of inelastic collisions at LHC energies. In particular, the dominant non-diffractive interaction is a key process to understanding QCD backgrounds when we reach higher luminosities. We highlight two minimum-bias triggers, sensitive to particles in complementary ranges in pseudo-rapidity, one based on signals from the Inner Detector, the other explicitly designed to trigger on inelastic processes. Studies of their trigger efficiencies as well as possible trigger biases are presented.

研究の動機と目的

• LHCエネルギー（10–14 TeV）におけるソフトQCD過程のcharged-particle密度および非弾性断面積の精密測定を可能にする。
• 低照射率での最小バイアスイベントの測定により、現在約50%の変動を示す全断面積および非弾性断面積予測の理論的不確実性を低減する。
• 異なる擬似ラプシドゥス範囲をカバーする二つの補完的トリガの開発と検証を行い、検出器依存のバイアスを最小限に抑える。
• ビームガスおよびハロイベントを抑制しながら、非デイフラクティブおよびデイフラクティブ相互作用の両方に対して高い効率を維持する。
• トリガ性能とバイアスの特徴を明らかにすることで、検出器のコンmissioningおよび将来の高照射率物理学を支援する。

提案手法

• 初期バイアスを回避するため、レベル1（L1）ランダムトリガを実装し、その後レベル2（L2）でインナーディテクタ（SCTおよびピクセルセンサ）内のSpacePointsのカウントを実施する。
• L2でSCTのSpacePointsが3つ以上に閾値を設定することで、ノイズおよび空のイベントを抑制しながら、非弾性イベントの95%以上を保持する。
• 最終的なイベントフィルタ（EF）では、|z₀| < 200 mm の少なくとも2つの再構築トラックを要件とし、ビームガスイベントを除外する。
• MBTSスチルレーターを二つの構成で使用する：全ヒット多重度（≥2ヒット）とヒット一致（1ヒット一致）、両方とも40 mVの閾値を設定してノイズを抑制する。
• シミュレーションサンプル（非弾性、単一/二重デイフラクティブ、ビームガスイベント）を用いて、トリガを通過する真の粒子数と全真の粒子数の比として、トリガバイアスを計算する。
• L = 10³¹ cm⁻²s⁻¹におけるシミュレーションイベントサンプルを用いて性能を評価し、擬似ラプシドゥス範囲にわたるトリガ効率およびバイアスに注目する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 インナーディテクタベースのトリガは、非弾性最小バイアスイベントを保持しつつ、どれほど効果的にノイズおよびビームガスイベントを抑制できるか？
• RQ2 異なるMBTSトリガ構成（全ヒット多重度対ヒット一致）が、デイフラクティブおよびビームガスイベントの選択に与える影響は何か？
• RQ3 二つのトリガシステムは、異なる擬似ラプシドゥス領域において、charged-particleの再構築にどれほどバイアスを導入するか？
• RQ4 トリガ閾値（例：40 mV）は、電子的ノイズの抑制にどのように影響し、物理的イベントの効率を維持するか？
• RQ5 両トリガを併用することで、ATLASの全擬似ラプシドゥスカバレッジにわたって、ソフトQCD過程のほぼバイアスのない測定が可能になるか？

主な発見

• インナーディテクタベースのトリガは、L2でSCTのSpacePointsが3つ以上に設定された場合、非弾性イベントに対して95%以上の効率を達成し、ノイズおよび空のイベントの抑制も効果的である。
• イベントフィルタ（EF）で2つの再構築トラックを要件とすることで、ビームガスイベントの60%以上を除外でき、非弾性効率への影響は最小限に抑えられる。
• 全ヒット多重度要件（≥2ヒット）を用いたMBTSは、|η| < 3.8の範囲で均一なトリガバイアスを示し、非弾性およびデイフラクティブイベントに対して最小限のバイアスを有する。
• ヒット一致構成（1ヒット一致）は、特に |η| ≈ 3.8 付近でフォワードデイフラクティブイベントへの強いバイアスを生じる。
• 40 mVの閾値を用いることで、MBTSはノイズイベントを効果的に抑制し、非弾性イベントの信号振幅（約100 mV）を保持する。
• IDおよびMBTSトリガの併用により、ATLASの90%の擬似ラプシドゥスカバレッジ（|η| < 3.8）にわたって、バイアスのない高効率な最小バイアスイベント選択が可能になる。