课题基金 / 基金详情

粒子流事例重建中簇射区分算法研究

批准号:
12075196
项目类别:
面上项目
资助金额:
50.0 万元
负责人:
李波
依托单位:
学科分类:
在线与离线数据处理
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
李波

项目摘要

结项摘要

相似基金

相关文献

中文摘要
粒子流算法是当前LHC实验以及未来正负电子对撞机实验中重要的数据分析工具。与传统事例重建算法相比,粒子流算法可明显改善喷注能量分辨率。但是,现有粒子流重建算法基本都仅利用了量能器击中的位置信息,通过邻近聚类方法进行簇射重建,对空间上重叠的粒子簇射区分能力不够。本研究提出一种综合考虑簇射击中的位置、能量、密度和时间等信息区分重叠簇射的方法。此方法利用簇射的多维变量通过流形学习算法进行粒子重建,并且使用关于簇射结构特征的先验知识作为对重建质量的反馈,以达到高准确率区分重叠簇射的目标。通过此方法可进一步改善现有粒子流算法在高能区的喷注能量分辨率,提高物理实验测量值的精度。同时,粒子流算法喷注能量分辨率性能的提高也有利于优化探测器硬件设计。
英文摘要
The Particle Flow Algorithm (PFA) is a crucial data analysis tool for the experiments on the current LHC and the future electron-positron collider. Comparing with the traditional reconstruction algorithms, the PFA can significantly improve the jet energy resolution. However, the existing PFAs only use the position information of hit in calorimeter to reconstruct the shower by the nearest neighbor clustering method, so the separation power of the spatially overlapped showers is still not competent enough. A method is proposed to take the position, energy, density and time information of shower hits into account for the separation of the overlapped showers. This method utilizes the multi-dimensional variables of shower to reconstruct particles by the manifold learning algorithm, and the prior knowledge about the properties of shower structure is also used as the feedback of reconstruction quality. The target of separation for the overlapped showers with a high accuracy can be achieved via this new method. The jet energy resolution from the current PFA at high energy scale can be further improved, and the precision of observables at physics experiment upgrades accordingly. Meanwhile, the performance enhancement of PFA on jet energy resolution is also beneficial for the optimization of the detector hardware design.
在粒子物理对撞机实验中,需要通过探测器及相应的重建算法得到末态粒子的种类和能量。基于高粒度量能器的粒子流方法能显著提高物理测量精度,在现有的CMS和ATLAS实验、以及未来的正负电子对撞机(ILC, CEPC, CLIC)等实验项目预研中被采用。传统粒子流重建算法仅利用量能器击中的位置信息,通过邻近聚类方法进行簇射重建,对空间上重叠的粒子簇射区分能力不够。本研究主要采用机器学习方法综合考虑簇射击中的位置、能量、密度等信息以提高区分簇射的能力,同时还对粒子探测中的时间和幅度测量问题进行了实验研究。1)针对重叠的中性簇射和带电簇射区分建立了基于图神经网络(GNN)的重建算法。使用高粒度量能器记录的击中,包括三维位置和能量信息,作为图卷积网络的节点特征。算法测试结果表明,对50 GeV的π+和γ,基于图神经网络的簇射区分算法正确率可以达到89%,能有效地对重叠簇射成分进行鉴别; 2)针对高粒度量能器中高能π0和γ两种粒子的鉴别,以两种粒子在探测器中的不同沉积特征为基础,建立了深度神经网络算法,利用geant4模拟的大量样本事例数据对算法进行训练和性能评估,粒子鉴别算法的正确率大于96%,性能总体优于国际上同类算法。深度神经网络粒子能量回归模型对能量分辨率的贡献与探测器对能量分辨率的贡献相当,对于电磁簇射能量测量有较好性能。3)针对粒子时间测量,设计了基于快时间响应的塑料闪烁体带电粒子探测器,输出信号通过高速波形采样记录,使用前沿定时方法得到探测器时间分辨率可达到亚纳秒量级。对于能量测量,研究了电压型和电流型两种峰值保持方式,其中电流型峰值保持对于宽度为100 ns左右的高速窄脉冲可以有较好的测量精度。
国内基金
海外基金