CALO5D

CALO5D

Links

Das französisch-deutsche Projekt CALO5D wird detaillierte Informationen über Teilchenschauer, die von abbildenden Kalorimetern (CALO) geliefert werden, mit präzisen Zeitinformationen auf Zellebene sowie räumlichen und lokalen Energieinformationen (5D) kombinieren.

CALO5D

Einleitung

CALO5D wird detaillierte Informationen von Teilchenschauern kombinieren, basierend auf abbildenden Kalorimetern (CALO), mit präziser Zeitinformation auf Zellebene zusätzlich zur räumlichen Information und lokalen Energiedeposition (5D). Die Verwendung dieser Informationen wird von modernen Algorithmen maschinellen Lernens unterstützt mit dem Ziel die Energierekonstruktion und Particle Flow Algorithmen zu verbessern. Die Leistungsfähigkeit der Werkzeuge wird demonstriert mit Hilfe von Studien ausgewählter Physikkanäle, die für die Motivation zukünftiger Higgs-Fabriken wichtig sind. Die Ergebnisse dieses Projektes werden fundamentale Auswirkungen auf das Design der nächsten Generation von Hochenergieexperimenten haben. CALO5D ist dabei das weltweit erste Projekt, das die Anwendung von präziser Zeitmessung in Kalorimetern in zukünftigen Higgs-Fabriken auf konsistente und koordinierte Art in einem einzelnen Projekt untersucht.

Motivation

CALO5D zielt auf eine Higgs-Fabrik als nächsten Collider bei den höchsten Energien. Eine Higgs-Fabrik ist in der Lage, bei den Produktionsschwellen der elektroschwachen Bosonen (Z-Pol, W-Bosonen), der Higgs-Boson-Produktionsschwelle sowie mindestens der top-Quark-Paarproduktion zu laufen, möglicherweise in aufeinanderfolgenden Schritten. Die High Luminosity-Verbesserung des Large Hadron Colliders (HL-LHC) wird neue Erkenntnisse bringen, etwa die Messung seltener Zerfälle wie die des Higgs-Bosons in ein Myonenpaar sowie eine verbesserte Präzision von anderen Higgs-Zerfallskanälen und einen ersten Blick auf die Higgs-Selbstkopplung. Jenseits dessen wird eine zukünftige Higgs-Fabrik die Sensitivität gegenüber Physik jenseits des Standardmodells um eine Größenordnung erhöhen. In den geplanten Detektoren für eine solche Maschine haben sich abbildende Kalorimeter in Kombination mit Particle Flow Algorithmen als der de facto Standard etabliert, als Folge intensiver Entwicklungsarbeit im Kontext des International Linear Colliders ILC und des Compact Linear Colliders CLIC. Diese Detektorkonzepte und die zugehörigen Rekonstruktionsparadigmen wurden ebenfalls für die zirkulare Colliderkonzepte übernommen, den FCC-ee und den CEPC.

Die präzise Rekonstruktion aller Produkte einer Teilchenwechselwirkung is kritisch für die Messung der Eigenschaften von Elementarteilchen und ihrer Wechselwirkungen. "Abbildende" Kalorimeter sind in der Lage, nicht nur die Energie der in ihnen gestoppten Teilchen zu messen, sondern deren sich entwickelnde Teilchenschauer auch topologisch voneinander zu trennen, wofür eine hinreichende räumliche Granularität notwendig ist.
Diese Trennung macht dann die Nutzung von Particle Flow Algorithmen möglich, die die Energie jedes einzelnen Teilchens im dafür bestgeeigneten Subdetektor messen und dann insbesondere zu Jet-Objekten zusammenführen.
Dieses Vorgehen erlaubt eine höhere Jet-Energieauflösung im Vergleich mit mit konventionellen, beispielsweise kristallbasierten, Kalorimetern.

Das Projekt ist auf drei Jahre angesetzt, um seine Ziele umzusetzen:

  • Implementation: Die akkurate Implementation von Zeitinformation in der Software ist die Basis, um glaubwürdige Ergebnisse zum Nutzen von Zeitmessung in zukünftigen Experimenten zu erhalten.
  • Erweiterung: Die Erweiterung von Particle Flow Algorithmen, um Zeitinformationen zu berücksichtigen und Methoden maschinellen Lernens zu nutzen.
  • Wirkung: Ermittlung der Auswirkung von verbesserten Algorithmen auf Benchmark-Physikprozesse.
  • Design: Ermittlung und Definition der Designanforderungen für eine optimierte Zeitauflösung von elektromagnetischen und hadronischen Kalorimetern.

Ergebnis-Highlights

Veröffentlichungen und Präsentationen

Links

GIT: https://gitlab.in2p3.fr/calo5d 

Meeting agenda: https://indico.desy.de/category/1107