[论文解读] Data Scouting : A New Trigger Paradigm

Swagata Mukherjee|arXiv (Cornell University)|Aug 23, 2017

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

一句话总结

本文提出了数据探查（data scouting）这一新型触发范式，应用于CMS实验中，通过在高阶触发（HLT）阶段在线重建关键物理对象并以紧凑格式保存，从而绕过完整的离线重建，实现在高事件率下收集物理事件。该技术显著提升了对衰变为喷注或μ子的轻希布斯共振态的探测灵敏度，相比标准触发方式可多收集2–6倍的事件，已在Run II数据中成功实现对高达1.6 TeV的二喷注共振态的搜索。

ABSTRACT

In the year 2011, the CMS collaboration introduced the novel concept of data scouting, allowing to take data that otherwise would be rejected by the usual trigger filters. This special data flow, based on event-size reduction, was created to maintain sensitivity to new light resonances decaying to jets or muons, with very small online and offline resources allocated to it. The challenges implied by this new workflow and the solutions developed within the CMS experiment are shown. This technique is now a standard ingredient for CMS data-taking strategy. The present status of data scouting in CMS is presented.

研究动机与目标

• 克服传统触发系统因带宽和处理能力限制而拒绝高事件率、低显著性事件的局限性。
• 实现对原本在标准触发过滤中被丢失的、衰变为喷注或μ子的轻共振态的高灵敏度搜索。
• 开发一种可扩展、低开销的方法，以保留事件信息用于物理分析，同时不给数据采集（DAQ）或离线重建系统带来负担。
• 拓展大型强子对撞机（LHC）对新物理未探索区域的探测能力，特别是针对重共振态的寻找。
• 为未来在完全强子衰变之外的多种末态提供可扩展的框架。

提出的方法

• 通过专用的HLT触发路径实现数据探查，应用宽松的选择标准以允许更高的事件率。
• 使用HLT级别的算法在线重建物理对象（如喷注、缺失能量MET、原初顶点），其性能虽低于离线重建，但足以满足多数分析需求。
• 将重建后的对象以紧凑事件格式（1.5–10 kB/事件）保存，而非原始数据，使存储量减少100–1000倍。
• 部署两条主要探查流：基于电磁量能器的calo-scouting（calo-scouting）和基于粒子流的PF-scouting（PF-scouting），每条流均有独立的触发路径和事件内容。
• 使用独立的监控流，同时保存在线和离线重建的事件版本，用于性能验证和质量控制。
• 集成停放触发（parked triggers），以保留原始数据，便于在探查数据中发现潜在信号时进行重新分析。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否设计一种触发系统，在不增加计算资源负担的前提下，收集显著多于标准触发的事件数量？
• RQ2 HLT级别重建的物理对象在性能上与离线重建相比，其足够程度如何，是否适用于物理分析？
• RQ3 数据探查是否能有效提升CMS实验对衰变为喷注或μ子的轻共振态在以往不可达区域的探测灵敏度？
• RQ4 如何将探查框架扩展至支持除完全强子末态之外的多种末态搜索？
• RQ5 数据探查对新物理的发现潜力（如轻子禁闭Z′共振态）有何影响？

主要发现

• 在2016年10^34 cm⁻²s⁻¹亮度下，calo-scouting流的触发率最高达3,700 Hz，PF-scouting流达720 Hz。
• calo-scouting流收集了27 fb⁻¹的数据，使质量在0.6至1.6 TeV之间的二喷注共振态搜索成为可能。
• PF-scouting流支持包含轻子的末态搜索，包括一条专用的二μ子触发路径，其触发率为480 Hz。
• 监控流使在线与离线对象性能的详细对比成为可能，结果确认两者在系统不确定度范围内一致。
• 该技术使可用于物理分析的记录事件总数相比标准触发策略提高了2–6倍。
• 首次基于Run II数据探查的物理结果展示了对轻子禁闭Z′共振态的通用夸克耦合gq′在95% CL下的上限，预期与观测结果与预测一致。