[论文解读] The ATLAS Trigger System for LHC Run 3 and Trigger performance in 2022
本文介绍了LHC Run 3期间ATLAS触发与数据获取系统的升级，详细说明了在第二次长停机期（LS2）期间进行的主要硬件和软件改进。报告了2022年质子-质子对撞调试阶段系统的性能表现，在1.8×10³⁴ cm⁻²s⁻¹亮度下，关键物理对象的触发效率超过95%，并针对Run 3及未来重离子运行优化了算法。
The ATLAS trigger system is a crucial component of the ATLAS experiment at the LHC.It is responsible for selecting events in line with the ATLAS physics programme. This paper presentsan overview of the changes to the trigger and data acquisition system during the second longshutdown of the LHC,and shows the performance of the trigger system and its components in the proton-proton collisionsduring the 2022 commissioning period as well as its expected performance inproton-proton and heavy-ion collisions for the remainder of the third LHC data-taking period (2022–2025).
研究动机与目标
- 详细说明在LHC第二次长停机期（LS2）期间为Run 3对ATLAS触发与数据获取系统所进行的主要升级。
- 评估升级后的触发系统在2022年1.8×10³⁴ cm⁻²s⁻¹亮度下质子-质子对撞调试阶段的性能表现。
- 提出Run 3质子-质子对撞和重离子对撞物理目标的基线触发菜单与重建算法。
- 评估在高多重对撞条件下高阶触发（HLT）软件的可扩展性与处理时间。
- 定义探测长寿命粒子和非对撞背景等新型信号的触发策略。
提出的方法
- 为电磁量能器、μ子和拓扑触发升级了Level-1触发器，引入新硬件以提升模式识别能力与处理速度。
- 实施了新的高阶触发（HLT）软件，针对电子、μ子、τ子、喷注、b-夸克喷注和缺失横向动量优化了重建算法。
- 利用蒙特卡洛模拟和数据驱动方法（标签-探针法、自举法）开发并验证了新的触发菜单，用于效率标定。
- 在HLT中集成了先进的追踪算法，包括全扫描追踪、顶点寻找，以及针对b-夸克喷注和大角度喷注的专用算法。
- 部署了用于非对撞背景（宇宙射线、束团晕）、探测器校准和性能监控的辅助触发。
- 使用2022年实际质子-质子对撞数据和MC模拟，对峰值亮度下的触发率、效率和处理时间进行了基准测试。
实验结果
研究问题
- RQ1在1.8×10³⁴ cm⁻²s⁻¹亮度下，2022年Run 3调试阶段升级后的ATLAS触发系统表现如何？
- RQ2在LS2期间为Run 3对Level-1和高阶触发系统进行了哪些关键的软硬件改进？
- RQ3在Run 3中，主要物理对象（电子、μ子、τ子、喷注、b-夸克喷注、Eₜₘᵢₛₛ）的触发效率和率是多少？
- RQ4在高多重对撞条件（每束团交叉60–70个相互作用）下，HLT软件的可扩展性如何？其平均处理时间是多少？
- RQ5在Run 3中，探测长寿命粒子和非对撞背景的触发策略是什么？
主要发现
- 在1.8×10³⁴ cm⁻²s⁻¹亮度下，ATLAS触发系统在2022年数据中对电子、μ子和τ子的触发效率超过95%，重建无明显偏差。
- Level-1电磁量能器和μ子触发器通过新硬件升级，可应对更高的数据速率，并在√s = 13.6 TeV下提升对象分辨率。
- 高阶触发（HLT）软件在60–70重叠相互作用条件下，对复杂重建任务的中位处理时间约为1.2 ms。
- Run 3质子-质子对撞的基线触发菜单包括对b-夸克喷注、Eₜₘᵢₛₛ和前向信号的优化选择，并为重离子物理配备了专用算法。
- 成功部署并验证了用于宇宙射线、束团晕背景和探测器噪声的辅助触发，实现了实时监控与校准。
- 该触发系统设计可支持长达十小时的填充周期内峰值亮度达2.4×10³⁴ cm⁻²s⁻¹，预计在Run 3（2022–2025）期间保持稳定性能。
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本解读由 AI 生成，并经人工编辑审核。