[论文解读] Performance of the ATLAS Minimum Bias Trigger in pp collisions at the LHC

L. Tompkins|arXiv (Cornell University)|Sep 30, 2010

Particle Detector Development and Performance参考文献 1被引用 3

一句话总结

该论文评估了在 7 TeV 质子-质子碰撞中 ATLAS 最小迹触发系统的表现，重点关注两种互补的触发机制：基于塑料闪烁体的系统（MBTS），用于前进区域，以及基于跟踪的触发（mbSpTrk），利用像素和SCT探测器。MBTS 触发系统在 pT > 100 MeV 且轨迹数超过 10 个的事件中实现了超过 95% 的效率，表现出高度的包容性与低模型依赖性，从而实现了对软 QCD 相互作用中带电强子多重性的精确测量。

ABSTRACT

The early physics program at the ATLAS experiment includes measuring the basic properties of proton proton collisions, such as charged particle multiplicities, in order to constrain phenomenological models of soft interactions in the LHC energy regime. An inclusive and well understood trigger is crucial to minimize any possible bias in the event selection. The ATLAS experiment uses two complementary types of minimum bias triggers. A scintillator trigger sensitive to the forward regions of 2.1

研究动机与目标

• 通过实施高效、包容性强的最小迹触发系统，确保早期 LHC 物理测量中尽可能减少偏差。
• 表征 MBTS 塑料闪烁体触发在前进区域（2.1 < |η| < 3.8）中探测最小迹事件的性能。
• 利用数据和蒙特卡洛模拟验证 MBTS 计数器的效率与响应均匀性。
• 将 MBTS 触发性能与基于跟踪的互补触发（mbSpTrk）进行比较，后者利用内层探测器的簇点信息。
• 为在高能 p-p 碰撞中测量带电强子多重性提供一个稳健、低偏差的数据采集框架。

提出的方法

• MBTS 触发系统使用 16 个塑料闪烁体计数器（η 方向 2 个环，φ 方向 8 个）位于 |η| ≈ 3.6 处，通过波长位移光纤读出，阈值设定为 0.15 pC，以区分信号与噪声。
• 一级触发使用前缘判别器记录命中事件；CTP 根据每侧的最低计数器阈值设定全局触发位（MBTS_X，MBTS_X_X）。
• mbSpTrk 触发在一级触发中对碰撞 train 进行随机采样，二级触发要求来自内层跟踪探测器的至少 4 个像素簇和 4 个 SCT 簇。
• 效率通过以 mbSpTrk 作为参考触发进行测量，利用离线轨迹重建来定义真实事件的多重性。
• 系统性不确定度通过蒙特卡洛模拟评估，尤其关注使用 mbSpTrk 作为参考时引入的偏差。
• 通过对比数据与蒙特卡洛模拟，研究 MBTS 效率的通道间差异，发现边缘效应和工作点差异是导致偏差的主要原因。

实验结果

研究问题

• RQ1 对于不同带电强子数（pT > 100 MeV，|η| < 2.5）的事件，MBTS 触发的效率如何？
• RQ2 MBTS 效率的通道间差异在多大程度上影响整体触发性能？
• RQ3 mbSpTrk 触发在多大程度上可作为测量 MBTS 效率的可靠参考？
• RQ4 束流背景和多顶点事件率如何影响触发效率的测量？
• RQ5 蒙特卡洛模拟在多大程度上准确再现了 MBTS 计数器的响应，特别是在边缘区域和低 η 区域？

主要发现

• MBTS_1 触发在 pT > 100 MeV 且 |η| < 2.5 的事件中，对轨迹数超过 10 个的事件实现了超过 95% 的效率，表现出高度的包容性。
• MBTS_2 触发要求每侧至少两个计数器超过阈值，其效率保持较高水平（几乎与 MBTS_1 相当），同时对束流相关背景的敏感性更低。
• 对符合要求（如 MBTS_1_1 和 MBTS_4_4）的条件，显著降低了低多重性事件的效率，符合预期。
• 数据表明，通道间效率存在几个百分点的差异，归因于工作点差异和计数器边缘区域光收集效率降低——这些差异在蒙特卡洛模拟中未能完全体现。
• 通过蒙特卡洛研究确认，使用 mbSpTrk 作为参考触发引入的系统性偏差可忽略不计。
• 两种触发的整体性能使 ATLAS 能够以极低模型依赖性收集包容性最小迹数据，这对在 LHC 上研究软 QCD 相互作用至关重要。