Wie kann ein Elektron einen Jet vortäuschen?

Hadronische Jets geben einen erheblichen Teil ihrer Energie im elektromagnetischen Kalorimeter ab, zum Beispiel weil sie neutrale Pionen enthalten können, die so zerfallen$\pi^0\to\gamma\gamma$, Bottom/Charm-Mesonen mit semi-leptonischen Zerfällen... Daher verwendet der Jet-Rekonstruktionsalgorithmus Energiedepots sowohl von elektromagnetischen als auch von hadronischen Kalorimetern, damit der Jet-Vier-Impuls so genau wie möglich geschätzt werden kann.

Aus diesem Grund wird ein Elektron meistens auch als Jet rekonstruiert: Es hinterlässt seine gesamte (den größten Teil) Energie im EM-Kalorimeter, und dieser Energievorrat wird vom Jet-Rekonstruktionsalgorithmus verwendet.

Aus einem echten Elektronensignal erhält man also typischerweise zwei rekonstruierte Objekte: ein Elektron und einen Jet. Doppelzählungen sind nicht das, was wir wollen, also wird das typische Verfahren zum Entfernen von Überlappungen, das in ATLAS-Papieren beschrieben wird, verwendet, um auszuwählen, welches Objekt behalten werden soll – und das andere wird verworfen.

Diejenigen von uns, die am JLAB gearbeitet haben (und diejenigen, die am SLAC gearbeitet haben), wissen, dass energetische Elektronen viel hadronischen Müll erzeugen, wenn sie auf erhebliche Mengen an Materie treffen. Denken Sie an tiefinelastische Streuung.

Sobald Sie ein Elektron mit einer Energie im Bereich weniger GeV oder höher haben, besteht eine erhebliche Chance, Pionen oder andere leichte Mesonen in der ECAL mit nicht trivialer kinetischer Energie selbst zu erzeugen. Diese werden hauptsächlich vorwärts gerichtet sein, also auf die HCAL ausgerichtet sein.

Was ich nicht weiß, ist, wie oft es Elektronen in diesem Energiebereich gibt, aber ich denke, sie könnten ziemlich häufig vorkommen.

Bearbeiten : Ich lasse dies drin, weil einige Anstrengungen unternommen wurden, um darzustellen, wie Entscheidungen auf komplizierten Kanälen getroffen werden. Die einfache Antwort von @atlas-insider verdeutlicht den allgemeinen Punkt, den das OP fragt.

Aus dem in den Kommentaren angegebenen Muster -ATLAS-Papier

Suche nach Supersymmetrie unter$\sqrt{s}=13\ \rm TeV$in Endzuständen mit Jets und zwei Leptonen gleichen Vorzeichens oder drei Leptonen mit dem ATLAS-Detektor

Eine Suche nach stark produzierten supersymmetrischen Teilchen wird unter Verwendung von Signaturen durchgeführt, die mehrere energetische Jets und entweder zwei isolierte Leptonen ($e$oder$\mu$) mit gleicher elektrischer Ladung oder mindestens drei isolierten Leptonen. Die Suche nutzt auch$b$-markierte Jets, fehlender transversaler Impuls und andere Observables, um seine Empfindlichkeit zu erweitern. Die Analyse verwendet eine Datenstichprobe von Proton-Proton-Kollisionen$\sqrt{s}=13\ \rm TeV$mit dem ATLAS-Detektor am Large Hadron Collider im Jahr 2015 aufgezeichnet, was einer gesamten integrierten Leuchtkraft von entspricht$3.2\ \rm fb^ {-1}$.

man sieht, dass dies eine spezifische Suche ist, die als Signatur Jets und Leptonen benötigt.

Monte-Carlo-Simulationen werden ausgiebig verwendet, um die Wahrscheinlichkeit einer falschen Identifizierung von Kandidaten aufgrund von Jets zu ermitteln, die von Hintergrundreaktionen auf den gesuchten stammen, und die Möglichkeit, dass die Leptonen aus dem Zerfall unerwünschter Kanäle stammen, soweit es sich um den untersuchten Kanal handelt.

Nach der Objektidentifikation werden Überschneidungen zwischen Objekten aufgelöst. Jeder Jet in einiger Entfernung$\Delta R_y=\sqrt{(\Delta y)^2+(\Delta\phi)^2}=0.2$eines Elektronenkandidaten wird verworfen, es sei denn, der Strahl hat einen Wert von$\rm MV2c20$Diskriminante größer als der Wert, der ungefähr an entspricht$80$%$b$-Tagging-Effizienz, in diesem Fall wird das Elektron verworfen, da es wahrscheinlich von einem Semileptonikum stammt$b$- Hadronzerfall. Jedes verbleibende Elektron darin$\Delta R_y=0.4$eines Jets wird verworfen. Myonen darin$\Delta R_y=0.4$eines Strahls werden ebenfalls entfernt. Wenn der Jet jedoch weniger als drei zugeordnete Spuren hat, wird das Myon behalten und der Jet wird stattdessen verworfen, um Ineffizienzen für hochenergetische Myonen zu vermeiden, die im Kalorimeter einen erheblichen Energieverlust erfahren.

Bei dieser speziellen Suche gibt es Maßstäbe für die Entscheidung, wann man einen Kandidaten für ein supersymmetrisches Ereignis hat, die anhand einer Monte-Carlo-Simulation der gewünschten Ereignisse im Detektor entschieden wurden. Jets oder Elektronen werden zurückgewiesen, wenn die Wahrscheinlichkeit hoch ist, dass sie von einem Hintergrund kommen.

Signalelektronen müssen eine strenge wahrscheinlichkeitsbasierte Identifizierungsanforderung erfüllen [57, 58] und haben$|\eta|<2$um die Auswirkungen der Fehlidentifizierung von Elektronenladungen zu verringern. Signalmyonen müssen die Anforderung von erfüllen$|d_0|/\sigma(d_0)<3$. Die Spur, die den Signalleptonen zugeordnet ist, muss in Bezug auf den rekonstruierten primären Vertex einen logitudinalen Aufprallparameter haben,$z_0$, befriedigend$|z_0\sin\theta|<0.5\ \rm mm$. Sowohl für die Signalelektronen als auch für die Myonen gelten Isolationsanforderungen. Die Skalarsumme der$p_{\rm T}$. Kegelradius der Bahnisolation für Elektronen (Myonen)$\Delta R_\eta=\sqrt{(\Delta\eta)^2+(\Delta\phi)^2}$wird durch den kleineren von gegeben$\Delta R_\eta=10\ {\rm GeV}/p_{\rm T}$und$\Delta R_\eta=0.2(0.3)$, das heißt, ein Kegel der Größe$0.2(0.3)$bei niedrigen$p_{\rm T}$aber schmaler für hoch-$p_{\rm T}$Leptonen. Außerdem ist im Fall von Elektronen die Energie des Kalorimeters Energiecluster in einem Kegel von$\Delta R_\eta=0.2$um das Elektron herum (mit Ausnahme der Abscheidung durch das Elektron selbst) muss kleiner sein als$6$% des Elektrons$p_{\rm T}$. Simulierte Ereignisse werden korrigiert, um geringfügige Unterschiede in der Lepton-Trigger-, Rekonstruktions- und Identifizierungseffizienz zwischen Daten und MC-Simulation zu berücksichtigen.

Das Endergebnis ist die Möglichkeit, eine Grenze für die Entdeckung des untersuchten supersymmetrischen Kanals festzulegen.

Die Akzeptanz oder Ablehnung eines Leptons oder eines Jets zur Definition der Topologie der untersuchten Reaktionen, in diesem Fall auf der Suche nach supersymmetrischen Signalen, hängt entscheidend vom spezifischen Kanal ab. Es hängt davon ab, die Mathematik der erwarteten Kinematik aus den untersuchten Kanälen zu studieren.

Es kann sein, dass man einige Standardzahlen für die Ablehnung findet, dies liegt an der Tatsache, dass die Genauigkeiten des Detektors mit ähnlichen Monte-Carlo-Werkzeugen untersucht wurden, aber dennoch ist es keine allgemeine Ablehnung, ohne die Verteilungen für jeden untersuchten Kanal sorgfältig zu studieren.

Es ist also nicht so, dass das Elektron einen Jet vortäuschen kann, da Jets zusammen mit der Elektronenspur in den Tracking-Detektoren starten. Es kann zum Beispiel ein Elektron aus einem unerwünschten Strahl oder ein Lepton aus einem b- oder niedrigeren Resonanzzerfall sein. Dasselbe gilt für Jets. Man sucht nach den in der kopierten Abbildung oben gezeigten Jet- und Lepton-Topologien und entwickelt für die Kanäle geeignete Unterdrückungsmaßnahmen .