在LHCb实验中,校准样品来测量粒子识别性能

在新的工作中发表EPJ技术和仪表玛丽安娜·丰塔纳和多纳尔·希尔描述的方法创建校准样本,以帮助确定大型强子对撞机美容实验中探测器识别不同粒子的准确性。

这篇文章已被交叉发布SpringerOpen博客

在Cern的大型强子撞机的地下深入地下,质子的梁在圆形循环前几乎在光线上传播。这些高能量碰撞产生了大量的微小寿命颗粒,可快速衰减成更轻,更稳定的颗粒。调查这些粒子腐烂允许物理学家瞥见宇宙的早期历史。

捕捉高能粒子衰变的信息是一项巨大的技术挑战,这需要使用围绕碰撞点构建的巨大3D探测器。当粒子产生并通过探测器时,它们会留下存在的痕迹。由于粒子太小,肉眼无法看到,科学家必须测量和解释这些痕迹,以确定它们的身份。

对于任何粒子物理实验来说,准确地了解探测器如何区分不同的粒子是至关重要的

迹线提供的粒子识别(PID)信息充当每个粒子的护照照片。不同的粒子具有相当不同的PID护照。例如,电子及其重型表兄瘤μs留下的迹线看起来彼此非常不同。

由夸克组成的粒子,如介子和介子,也能被探测器很好地区分出来,尽管它们的轨迹更相似。对于任何粒子物理实验来说,准确地了解探测器如何区分不同的粒子是至关重要的。在大型强子对撞机美容实验(LHCb)中,这个过程被称为PID校准。

测量粒子识别精度

为了测量PID的准确性,必须从粒子样本开始,这些粒子的身份是已知的,而不需要查看它们的PID护照。特殊类型的粒子衰变,可以被重建,选择,并在不使用PID信息的情况下实时存储,提供了这样的样本。

在LHCb上,每秒会发生数千次这样的衰变,能够在拒绝大量背景事件的同时快速选择它们是很重要的。这是通过使用LHCb触发框架选择校准样本实现的,该框架使用高质量的算法重建衰减,这样的数据可以立即用于后续分析。

使用这些PID校准样本,可以精确测量良好的LHCB在区分粒子类型之间。

在进行物理测量时,准确测量这种性能是至关重要的

可以对MuONs的校准样本应用PID要求,并计算通过此要求的μON的百分比;这是PID效率。人们还可以对校准的校准样品应用相同的PID要求,并计算错误识别为μON的百分比;这是错误识别的率。一起使用,PID效率和错误识别率定义了PID性能。

在进行物理测量时,准确测量这种性能是至关重要的,例如在寻找极其罕见的B介子衰变B时年代0对μ+μ.- - - - - -.这种衰减涉及两个μONs,并且必须在非常高的水平下拒绝包含π的背景,以便隔离并正确识别信号。

我们的方法

如果没有出色的PID性能,LHCB将无法在风味物理边界进行世界领先的测量

这项研究发表在EPJ技术和仪表我们提出LHCb实验(2015-2018)Run 2中用于触发选择和PID校准样本处理的策略。我们描述了用于从选定的校准样本中统计地减去背景事件的框架,以便为分析人员提供可以用来测量PID性能的纯衰减样本。所有LHCb分析师都可以使用基于python的工具,使他们能够轻松地测量PID效率和误识别率。这确保了该方法在许多不同物理测量中的连续性。

如果没有出色的PID性能,LHCB将无法在风味物理边界进行世界领先的测量。在运行2期间实施的PID校准框架将继续为LHCB提供良好的升级时代,其中数据将在更高的能量和比率上收集数据。我们希望本文描述的工作将有助于保证LHCB的多年高质量的物理结果。

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