¿Cómo puede un electrón falsear un chorro?

Question

Esta es una pregunta para los experimentalistas. He visto en varios artículos de ATLAS (véase por ejemplo el capítulo 4 de arXiv:1602.09058 , 6º párrafo), que después de que los objetos hayan sido correctamente identificados, cualquier chorro lo suficientemente cercano a un electrón candidato es eliminado del suceso. La razón parece ser que los electrones reales pueden falsear un chorro, por lo que simplemente se eliminan todos los chorros dentro de $\Delta R=0.2$ del electrón para evitar el doble recuento (¿y quizá perder el electrón tras imponer el requisito de aislamiento?).

Mi pregunta es ¿cómo puede un electrón falsificar un chorro? No soy un experimentalista y para mí el entorno del detector se parece a esto:

Un electrón es una huella en el rastreador que luego se convierte en una mancha difusa en la ECAL. Por otro lado, los chorros son un conjunto de pistas cercanas (si están cargadas) en el rastreador de silicio, seguidas de una mancha en la ECAL y una mancha mayor en la HCAL. Entonces, ¿cómo puede confundirse un electrón con un chorro si están cerca? Para mí tiene más sentido lo contrario (un electrón confundido con un chorro). ¿Pueden los electrones penetrar en la HCAL?

Answer 1

Los chorros hadrónicos depositan una fracción significativa de su energía en el calorímetro electromagnético, por ejemplo porque pueden contener piones neutros que decaen como $\pi^0\to\gamma\gamma$ mesones de fondo/encanto con desintegraciones semileptónicas... Por lo tanto, el algoritmo de reconstrucción del chorro utiliza depósitos de energía tanto de calorímetros electromagnéticos como hadrónicos, de modo que el cuatro-momento del chorro pueda estimarse con la mayor precisión posible.

Esta es la razón por la que la mayoría de las veces un electrón también se reconstruye como un chorro: deja toda (la mayor parte de) su energía en el calorímetro EM, y este depósito de energía es utilizado por el algoritmo de reconstrucción del chorro.

Así que, a partir de una señal de electrón genuina, uno acaba normalmente con dos objetos reconstruidos: un electrón y un chorro. El doble recuento no es lo que queremos, por lo que se utiliza el procedimiento típico de eliminación de solapamientos descrito en los artículos de ATLAS para elegir qué objeto debe conservarse y descartar el otro.

Answer 2

Los que hemos trabajado en el JLAB (y los que trabajaron en el SLAC) sabemos que los electrones energéticos crean un lote de basura hadrónica cuando inciden sobre cantidades significativas de materia. Piense en la dispersión inelástica profunda.

Una vez que se tiene un electrón con energía en el rango de unos pocos GeV o superior hay una posibilidad significativa de crear piones u otros mesones ligeros en la ECAL con energía cinética no trivial por sí mismos. Estos serán en su mayoría hacia adelante, por lo que apuntan hacia la HCAL.

Lo que no sé es con qué frecuencia hay electrones en ese rango de energía, pero creo que podrían ser bastante comunes.

Answer 3

Editar : Dejo esto porque se ha hecho un esfuerzo por presentar cómo se toman las decisiones en canales complicados.La sencilla respuesta de @atlas-insider aclara el punto general que pregunta el OP.

De la muestra Papel ATLAS en los comentarios

Búsqueda de supersimetría en $\sqrt{s}=13\ \rm TeV$ en estados finales con jets y dos leptones del mismo signo o tres leptones con el detector ATLAS

La búsqueda de partículas supersimétricas fuertemente producidas se realiza utilizando firmas que implican múltiples chorros energéticos y dos leptones aislados ( $e$ o $\mu$ ) con la misma carga eléctrica o al menos tres leptones aislados. La búsqueda también utiliza $b$ -jets marcados, momento transverso perdido y otros observables para ampliar su sensibilidad. El análisis utiliza una muestra de datos de colisiones protón-protón en $\sqrt{s}=13\ \rm TeV$ registrado con el detector ATLAS en el Gran Colisionador de Hadrones en 2015, correspondiente a una luminosidad integrada total de $3.2\ \rm fb^ {-1}$ .

se ve que se trata de una búsqueda específica que necesita como firma chorros y leptones.

Las simulaciones de Monte Carlo se utilizan ampliamente para encontrar la probabilidad de identificación errónea de los candidatos debida a chorros procedentes de reacciones de fondo a la buscada y la posibilidad de que los leptones procedan de desintegraciones de canales no deseados, en cuanto al canal estudiado.

Una vez identificados los objetos, se resuelven los solapamientos entre ellos. Cualquier chorro dentro de una distancia $\Delta R_y=\sqrt{(\Delta y)^2+(\Delta\phi)^2}=0.2$ de un candidato a electrón se descarta, a menos que el chorro tenga un valor del $\rm MV2c20$ discriminante mayor que el valor correspondiente a aproximadamente un $80$ % $b$ -en cuyo caso el electrón se descarta, ya que es probable que proceda de un semileptón. $b$ -decadencia de Hadrones. Cualquier electrón restante dentro $\Delta R_y=0.4$ de un chorro se descarta. Los muones dentro de $\Delta R_y=0.4$ de un chorro también se eliminan. Sin embargo, si el chorro tiene menos de tres pistas asociadas, se mantiene el muón y en su lugar se descarta el chorro para evitar ineficiencias en los muones de alta energía que sufren una pérdida de energía significativa en el calorímetro.

En esta búsqueda en particular hay indicadores para decidir cuándo se tiene un suceso supersimétrico candidato, que se han decidido a partir de una simulación Monte Carlo de los sucesos deseados en el detector. Los chorros o electrones se rechazan si la probabilidad de que procedan de un fondo es alta.

Los electrones de señal deben satisfacer un estricto requisito de identificación basado en la verosimilitud [57, 58] y tener $|\eta|<2$ para reducir el impacto de la identificación errónea de la carga de los electrones. Los muones de señal deben cumplir el requisito de $|d_0|/\sigma(d_0)<3$ . La pista asociada a los leptones señal debe tener un parámetro de impacto logitudinal con respecto al vértice primario reconstruido, $z_0$ , satisfaciendo $|z_0\sin\theta|<0.5\ \rm mm$ . Los requisitos de aislamiento se aplican tanto a los electrones como a los muones de señal. La suma escalar de los $p_{\rm T}$ . El radio del cono de aislamiento de la pista para electrones (muones) $\Delta R_\eta=\sqrt{(\Delta\eta)^2+(\Delta\phi)^2}$ viene dado por el menor de $\Delta R_\eta=10\ {\rm GeV}/p_{\rm T}$ y $\Delta R_\eta=0.2(0.3)$ es decir, un cono de tamaño $0.2(0.3)$ a baja $p_{\rm T}$ pero más estrecho para alta $p_{\rm T}$ leptones. Además, en el caso de los electrones la energía del calorímetro se agrupa en un cono de $\Delta R_\eta=0.2$ alrededor del electrón (excluyendo la deposición del propio electrón) debe ser inferior a $6$ % del electrón $p_{\rm T}$ . Los sucesos simulados se corrigen para tener en cuenta pequeñas diferencias en las eficiencias de disparo, reconstrucción e identificación de leptones entre los datos y la simulación MC.

El resultado final es la posibilidad de establecer un límite para el descubrimiento del canal supersimétrico estudiado.

La aceptación o rechazo de un leptón o un chorro para la definición de la topología de las reacciones estudiadas, en este caso buscando señales supersimétricas, depende crucialmente del canal específico. Depende del estudio de la matemática de la cinemática esperada de los canales en estudio.

Puede que se encuentren algunos números estándar para el rechazo, esto se debe a que las precisiones del detector han sido estudiadas con herramientas Monte Carlo similares, pero aún así no es un rechazo general sin estudiar cuidadosamente las distribuciones para cada canal en estudio.

Por tanto, no es que el electrón pueda fingir un chorro, ya que los chorros se inician junto con la pista del electrón en los detectores de seguimiento. Puede ser un electrón de un chorro no deseado o un leptón de desintegraciones de resonancia b o inferior, por ejemplo. Lo mismo ocurre con los jets. Se buscan las topologías de chorro y leptón que se muestran en la figura copiada en la parte superior, y se desarrollan medidas de rechazo apropiadas para los canales .