Figura 1:In presenza di pile-up, getti falsi possono derivare da particelle non prodotte nell'interazione hard-scatter. La figura mostra il numero di getti falsi per getti calorimetrici (LC) e getti di flusso di particelle in eventi simulati con due getti e in media 24 collisioni indesiderate. Credito:Collaborazione ATLAS/CERN
Le collisioni di protoni nel Large Hadron Collider spesso portano alla produzione di "getti" di particelle. Questi getti sono un elemento chiave nella misurazione di molti processi, come i decadimenti dei bosoni di Higgs o di altre particelle esotiche. Un getto è un flusso di particelle prodotto quando un quark o un gluone è una delle particelle in uscita dal decadimento.
Aggiunta di tracce ai jet
Fino ad ora, l'esperimento ATLAS ha misurato le energie e le posizioni dei getti utilizzando il sistema calorimetrico finemente segmentato, in cui interagiscono sia le particelle elettricamente cariche che quelle neutre. Però, il sistema di tracciamento del rivelatore interno fornisce misurazioni più precise delle energie e delle posizioni delle particelle cariche.
Un recente articolo di ATLAS descrive un algoritmo di flusso di particelle che estrapola le tracce cariche viste dal rivelatore interno alle regioni del calorimetro. L'algoritmo regola quindi la misurazione dell'energia calorimetrica per escludere questi depositi di energia, idealmente lasciando solo una misura calorimetrica delle particelle elettricamente neutre. Determinare quanta energia è stata depositata dalle particelle cariche è uno degli aspetti più complicati dell'algoritmo.
Arrivare alla verità
Per testare le prestazioni dell'algoritmo, usiamo le cosiddette informazioni "verità". Questo ci dice quanta energia una particella simulata deposita nei nostri calorimetri durante una collisione simulata. Possiamo confrontarlo con l'energia che il nostro algoritmo rimuove dal calorimetro per quella particella carica, e regolare l'algoritmo per avvicinarsi il più possibile alla "verità".
Figura 2:La risoluzione angolare azimutale per getti calorimetrici (LC) e getti di flusso di particelle in funzione del momento trasversale del getto, pT, determinato in simulazione di eventi con due getti e in media 24 collisioni indesiderate. Credito:Collaborazione ATLAS/CERN
Interazioni spurie
Con una maggiore luminosità, si verificano sempre più collisioni di particelle indesiderate (note come "pile-up"), distorcendo l'interazione che ci interessa misurare. Per esempio, nei dati raccolti lo scorso anno, una tipica collisione in fase di studio potrebbe essere parte di un evento con altre 30 collisioni che non ci interessano. La collisione interessante è caratterizzata dall'uscita di particelle ad alto momento, mentre gli altri 30 conterrebbero tipicamente particelle a basso impulso.
Il rivelatore interno ATLAS può raggruppare tracce cariche in gruppi noti come vertici utilizzando la misurazione precisa della distanza di avvicinamento più vicino al punto di collisione. Queste informazioni possono essere utilizzate per rimuovere molte delle particelle cariche originate dall'accumulo. La misurazione dell'energia del getto è quindi costituita da una combinazione di misurazioni nel rivelatore interno e nel calorimetro, con una correzione per il pile-up elettricamente neutro.
Le prestazioni dell'algoritmo sono descritte nel nuovo documento ATLAS. Mostra una migliore precisione per le misurazioni dell'energia e della posizione angolare dei getti con momenti trasversali inferiori a circa 70 GeV. Per di più, dimostra una riduzione del numero di getti originati da interazioni pile-up. Mentre quest'ultimo è già importante, diventa ancora più essenziale all'aumentare della luminosità dell'LHC. Il confronto della simulazione con i dati raccolti nel 2012 ha dimostrato che l'algoritmo descrive le interazioni reali in modo abbastanza accurato nell'esperimento.
