[论文解读] Electron and photon efficiencies in LHC Run 2 with the ATLAS experiment

Aad, Georges, Abbott, Braden Keim+2978 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2023

Particle Detector Development and Performance被引用 4

一句话总结

本文利用大型强子对撞机（LHC）Run 2期间在√s = 13 TeV下由ATLAS实验收集的全部139 fb⁻¹数据，提供了电子和光子识别与隔离效率的最终、最精确测量结果。通过改进背景减法、优化效率组合以及改进隔离中的堆叠效应减法，电子识别和光子识别效率的不确定性相比以往结果降低了30%–50%，显著提升了对希格斯玻色子、电弱及顶夸克物理分析的精度。

ABSTRACT

Precision measurements of electron reconstruction, identification, and isolation efficiencies and photon identification efficiencies are presented. They use the full Run 2 data of $pp$ collisions at a centre-of-mass energy of 13 TeV, corresponding to an integrated luminosity of 139 $\mathrm{fb}^{-1}$ collected by the ATLAS experiment during the years 2015-2018. The measured electron identification efficiencies have uncertainties that are around 30%-50% smaller than the previous Run 2 results due to an improved methodology and the inclusion of more data. A better pile-up subtraction method leads to electron isolation efficiencies that are more independent of the amount of pile-up activity. Updated photon identification efficiencies are also presented, using the full Run 2 data. When compared to the previous measurement, a 30%-40% smaller uncertainty is observed on the photon identification efficiencies, thanks to the increased amount of available data.

研究动机与目标

• 利用完整的LHC Run 2数据集，提供电子和光子重建、识别及隔离效率的最精确测量。
• 通过改进方法和提升数据统计量，降低电子和光子效率测量中的系统不确定性。
• 在全伪快度范围内提升电子和光子选择的稳定性和背景抑制能力。
• 为希格斯玻色子、电弱及顶夸克领域中的高精度物理分析提供最终校准和修正因子。

提出的方法

• 利用数据中的双轻子和双光子末态测量电子和光子的重建与识别效率，并通过J/ψ → e⁺e⁻和Z → ee衰变进行验证。
• 采用联合测量策略，通过加权平均法整合来自多个控制道（J/ψ、Z → ee、Z → ee + 隔离）的结果，以最小化不确定性。
• 在基于电磁量能器的隔离测量中应用改进的堆叠效应减法方法，降低对堆叠活动的敏感性，提升隔离效率的稳定性。
• 利用完整的Run 2数据集更新光子识别效率，相比先前结果，不确定性降低30%–40%。
• 通过数据驱动方法评估电子重建的背景抑制性能，通过模拟估算识别的背景抑制性能。
• 通过优化背景减法、精细化校准以及更新模拟修正，最小化系统不确定性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在Run 2数据中，电子识别和隔离效率在全伪快度范围内的变化如何？其不确定性构成如何？
• RQ2 更新后的堆叠效应减法方法在不同堆叠条件下在多大程度上提升了电子隔离效率的稳定性？
• RQ3 与先前测量相比，光子识别效率的不确定性有何变化？数据统计量的增加带来了何种影响？
• RQ4 通过更新的电子重建和识别标准，在背景抑制方面实现了哪些改进？
• RQ5 在完整Run 2数据集中，电子和光子对象的最终、最精确的效率标定因子是什么？

主要发现

• 由于方法改进和数据量增加，电子识别效率的不确定性相比以往的Run 2结果降低了30%–50%。
• 更新后的堆叠效应减法方法显著降低了电子隔离效率对堆叠活动的依赖性，提升了在不同碰撞条件下的稳定性。
• 得益于完整的139 fb⁻¹ Run 2数据集，光子识别效率的不确定性相比先前测量降低了30%–40%。
• 通过优化组合J/ψ、Z → ee和Z → ee + 隔离控制道的结果，电子识别效率的联合测量实现了更高的精度。
• 电子隔离效率在全|η|范围内更加稳定，且在高横动量区域对非本征电子的抑制能力得到改善。
• 本结果代表了ATLAS实验在LHC Run 2期间对电子和光子性能的最终、最精确校准，为未来高精度物理分析奠定了基础。