ATLAS實驗b-Jet判選算法的研究.pdf

1、預計于2008年開始啟用的大型強子對撞機LHC(Large Hadron Colliger)是正在研制的世界上規(guī)模最大的粒子加速器，也是全世界最強的粒子物理研究工具。LHC位于瑞士法國邊境上的日內瓦的CERN(European Organization for Nuclear Research，歐洲核子物理研究中心)實驗室，它的加速環(huán)周長達27km，中心碰撞能量達14TeV。LHC的對撞束流團間隔為25ns，束流團亮度高達到1034cm

2、-2s-1。LHC超高的能量和亮度將為粒子物理的研究開辟一個更廣闊的領域，帶來更多的挑戰(zhàn)，LHC可以對粒子物理的標準模型理論進行精確驗證，并探索能夠驅動弱電標準模型中自發(fā)對稱性破缺的黑格斯機制，尋找Higgs粒子。 在LHC環(huán)形隧道上，將主要進行4個粒子對撞探測實驗：ATLAS(A Toroidal LHC ApparatuS)、ALICE(A LargeIonColliderExperiment)、CMS(CompactMuo

3、n Solenoid)和LHCb。ATLAS是LHC計劃中最大的一個綜合實驗之一，它是一個大型多用途粒子探測器。ATLAS最主要的目的是尋找Higgs粒子，同時它也將用來尋找較重的類W、Z玻色子、超對稱粒子，研究基本費米子的結構，精確測量W和t夸克質量以及研究B衰變中的CP破壞。ATLAS探測器主要由內部徑跡探測器(Inner Detector)、電磁量能器(Electromagnetic calorimetry)、強子量能器(Hadr

4、onic calorimetry)、μ子譜儀(Muon spectrometer)、磁鐵系統(tǒng)幾部分組成。 標準模型是一個近似“完美”的理論，除了SM黑格斯粒子，標準模型預言的其他粒子都已經在實驗上找到，而且理論預言的數(shù)值和實驗測量值在很高的精度上保持了一致性。雖然如此，標準模型并不是一個最后的理論，標準模型以外還存在著新的物理，“大統(tǒng)一”的理論應該能夠包羅萬象。標準模型的大部分物理過程或者超標準模型的物理過程都包含b-quark

5、衰變，標準模型中的Higgs粒子有很高的幾率衰變到b-uark或者是包含b-quark的末態(tài)。因此精確分辨b-quark產生的b-Jet對于驗證標準模型，發(fā)現(xiàn)Higgs粒子具有重要意義。b-tagging就是從眾多的light quark Jets和gluon Jets背景事例中分辨出b-Jet。1995美國費米實驗室的科學家發(fā)現(xiàn)top quark也得益于b-tagging算法的改進。為尋找Higgs粒子，ATLAS實驗中提高b-tag

6、ging的效率具有很重要的意義。 當前ATLAS使用b-tagging的算法主要分3種： 1)基于粒子徑跡碰撞參數(shù)(初級作用頂點)的算法； 2)基于b-Jet中次級頂點的算法： 3)基于b-Jet中l(wèi)epton的算法； 本論文的主要目的是研究ATLAS實驗中b-Jet的判選算法，探討如何通過聯(lián)合當前算法提高ATLAS實驗中b-Jet的判選效率。首先，本文選用Monte Carlo模擬程序產生的tt

7、輕子化衰變道事例，對ATLAS實驗的粒子徑跡進行了重建，并分析了徑跡重建的精度，ATLAS實驗在低的η、高的Pt的情況下，徑跡重建程序對徑跡的重建效率比較好，徑跡重建程序對粒子徑跡的d0、z0的重建精度很高，真實粒子徑跡和重建出來的粒子徑跡的d0之差的RMS為0.1mm，z0之差的RMS值為0.3mm；接著，本文詳細介紹了IP2D/3D，SV1，JetFitter這三種b-Jet判選算法，分析了這三種算法各自的原理以及各相關參量的分布，

8、給出了3種算法的鑒別參數(shù)Discriminator分布情況圖和各種算法中的b-Jet的效率圖；然后本論文首次利用貝葉斯方法聯(lián)合IP3D和JetFitter兩種b-Jet判選算法，提高了b-Jet的判選的效率；最后，本文選用了10個b-Jet判選特征量作為輸入，利用TMVA(Toolkit for Multivariate Analysis)軟件包所提供的人工神經網(wǎng)絡方法進行了多參量的分析，研究了各特征量的分布情況和線性關系，利用具有兩個