[论文解读] 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 6

一句话总结

本文为大型强子对撞机（LHC）的ATLAS实验提出了两种互补的最小迹触发：一种基于内径迹（ID）探测器，适用于 |η| < 2.5；另一种使用最小迹触发闪烁体（MBTS），适用于 2.1 < |η| < 3.8。结果表明，这两种触发能够有效抑制空事件和束流-气体事件，同时对非弹性散射过程的效率保持在 >95%，对弹性散射事件的选择偏差极小，从而实现了在 10–14 TeV 质心系能量下对软 QCD 过程的精确测量。

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.

研究动机与目标

• 为了实现在 LHC 能量（10–14 TeV）下对软 QCD 过程中带电粒子密度和非弹性截面的精确测量。
• 通过在低亮度条件下测量最小迹事件，减少总截面和非弹性截面预测中的理论不确定性（目前约有 50% 的差异）。
• 开发并验证两种覆盖不同伪快度范围的互补触发，以最小化探测器相关的偏差。
• 在保持对非弹性散射和弹性散射事件高效率的同时，抑制束流-气体事件和晕圈事件。
• 通过表征触发性能和偏差，支持探测器的调试工作以及未来高亮度物理研究。

提出的方法

• 实施一级（L1）随机触发以避免初始偏差，随后在二级（L2）阶段对内径迹探测器（SCT 和像素传感器）中的空间点进行计数。
• 在 L2 阶段设定 3 个 SCT 空间点的阈值，以有效抑制噪声和空事件，同时保留 >95% 的非弹性散射事件。
• 在最终事件过滤器（EF）阶段，要求至少 2 条重建轨迹且 |z₀| < 200 mm，以排除束流-气体事件。
• 在两种配置下使用 MBTS 闪烁体：总击中多重性（≥2 次击中）和击中符合（1 次击中符合），均采用 40 mV 阈值以抑制噪声。
• 通过模拟的非弹性散射、单/双弹性散射和束流-气体事件样本，计算触发偏差，即通过触发的真粒子数与总真粒子数的比值。
• 在 L = 10³¹ cm⁻²s⁻¹ 的模拟事件样本下评估性能，重点关注不同伪快度范围内的触发效率和偏差。

实验结果

研究问题

• RQ1 基于内径迹探测器的触发在有效抑制噪声和束流-气体事件的同时，对非弹性散射最小迹事件的保留效率如何？
• RQ2 不同的 MBTS 触发配置（总击中多重性 vs. 击中符合）对弹性散射和束流-气体事件选择的影响是什么？
• RQ3 这两种触发系统在不同伪快度区域对带电粒子重建引入的偏差程度如何？
• RQ4 触发阈值（如 40 mV）如何影响电子噪声的抑制，同时保持对物理事件的高效率？
• RQ5 两种触发是否可以联合使用，以在 ATLAS 探测器全伪快度覆盖范围内实现对软 QCD 过程近乎无偏差的测量？

主要发现

• 基于内径迹探测器的触发在 L2 阶段采用 3 个 SCT 空间点要求时，对非弹性散射事件的效率超过 95%，同时能有效抑制噪声和空事件。
• 在事件过滤器（EF）阶段增加 2 条轨迹的要求，可排除超过 60% 的束流-气体事件，对非弹性散射效率的影响极小。
• 采用总击中多重性要求（≥2 次击中）的 MBTS 在 |η| < 3.8 范围内表现出更平坦的触发偏差，对非弹性散射和弹性散射事件的偏差均极小。
• 击中符合配置（1 次击中符合）对前向弹性散射事件表现出强烈偏向，尤其在 |η| ≈ 3.8 附近。
• 采用 40 mV 阈值时，MBTS 能有效抑制噪声事件，同时保留非弹性散射事件约 100 mV 的信号幅度。
• 结合使用 ID 和 MBTS 触发可在 ATLAS 探测器 90% 的伪快度覆盖范围（|η| < 3.8）内实现无偏差、高效率的最小迹事件选择。