Midiendo las eficiencias de electrones y fotones en el LHC

Este artículo habla sobre la medición de las Eficiencias de Electrones y fotones durante la segunda corrida del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) usando datos recolectados por el experimento ATLAS. El enfoque está en las eficiencias relacionadas con la Reconstrucción, identificación e Aislamiento de electrones y fotones en colisiones protón-protón.

#Recolección de Datos

Los datos usados para este análisis fueron recolectados desde 2015 hasta 2018, durante un periodo en el que el LHC operaba a una alta energía de 13 TeV. La cantidad total de datos recolectados fue de una luminosidad integrada de 139 fb⁻¹. Estos datos extensos permitieron mediciones más precisas en comparación con corridas anteriores.

#Importancia de las Mediciones de Electrones y Fotones

Los electrones y fotones son componentes cruciales en experimentos de física de partículas. Mediciones precisas de su comportamiento ayudan a los científicos a entender la física fundamental, incluyendo las propiedades del bosón de Higgs y otras partículas. La precisión de estas mediciones afecta directamente la calidad de la investigación realizada en el LHC.

#Mediciones de Eficiencia

#Eficiencia de Electrones

Las eficiencias para detectar electrones se clasifican en cuatro etapas: reconstrucción, identificación, aislamiento y eficiencia de activación.

• Eficiencia de Reconstrucción: Esta es la probabilidad de que un electrón genuino sea reconstruido con precisión a partir de los datos.
• Eficiencia de Identificación: Mide qué tan bien el proceso de reconstrucción identifica un electrón basándose en varios criterios.
• Eficiencia de Aislamiento: Indica la eficacia de separar electrones de otras partículas en eventos de colisión concurridos.
• Eficiencia de Activación: Refleja la capacidad del equipo experimental para seleccionar eventos que contengan electrones.

Los métodos actualizados usados durante esta corrida llevaron a una mejora en las eficiencias medidas en comparación con corridas anteriores.

#Eficiencia de Fotones

Se realizan mediciones similares para fotones, que también pueden convertirse en electrones bajo ciertas condiciones. Las mediciones de eficiencia de fotones se centran en dos categorías: fotones convertidos y no convertidos.

• Fotones Convertidos: Son fotones que han interactuado con el material del detector y han producido un par electrón-positrón.
• Fotones No Convertidos: Estos fotones no interactúan con el material y son detectados directamente.

La eficiencia para fotones incluye también su identificación y aislamiento. Una metodología bien definida es esencial para asegurar mediciones precisas.

#Procesamiento y Análisis de Datos

#Métodos de Activación y Selección

Los datos del LHC se registran basándose en activaciones que seleccionan eventos interesantes. Para electrones, las activaciones requieren ciertos umbrales de energía y criterios de identificación. El análisis involucra algoritmos complejos para filtrar el ruido de fondo y asegurar que los electrones detectados sean genuinos.

#Separación de Señal y Ruido de Fondo

Uno de los principales desafíos en medir eficiencias es separar los eventos de señal reales del ruido de fondo. Los eventos de fondo pueden surgir de varias fuentes, incluyendo descomposiciones de hadrones o conversiones de fotones. Se emplean diferentes estrategias para estimar y restar este fondo de manera efectiva.

#Correcciones y Calibración

Debido a varias fuentes de incertidumbres sistemáticas, los datos se corrigen para mejorar la fiabilidad de los resultados. Esto implica calibrar los métodos de detección para alinearlos con las expectativas teóricas y ajustar cualquier discrepancia observada entre los datos y las salidas de simulaciones.

#Resultados de las Mediciones de Eficiencia

#Mejora Sobre Corridas Anteriores

Las mediciones de eficiencia de esta corrida muestran mejoras significativas, con incertidumbres reducidas entre un 30% y un 50% en comparación con corridas anteriores. Esto se atribuye a mejores técnicas de recolección de datos y métodos de análisis refinados.

#Impacto del Pile-Up

El pile-up se refiere a múltiples eventos de colisión que ocurren simultáneamente, lo que puede complicar las mediciones. Se implementaron técnicas avanzadas para la sustracción de pile-up, permitiendo un aislamiento más confiable de electrones y fotones, especialmente en eventos de alta densidad.

#Rendimiento en Diferentes Rangos de Energía

Las eficiencias fueron medidas en varios rangos de energía, proporcionando una vista completa de cuán bien funciona el detector ATLAS en diferentes condiciones. Los resultados muestran que el rendimiento tiende a variar, particularmente en energías bajas y altas.

#Conclusión

Las mediciones de eficiencias de electrones y fotones durante la segunda corrida del LHC representan un avance significativo en la investigación de física de partículas. Las metodologías aplicadas han resultado en las mediciones de eficiencia más precisas hasta la fecha, lo que mejorará futuros análisis en varios dominios de la física, incluyendo estudios del bosón de Higgs e interacciones fundamentales de partículas.

Los esfuerzos por reducir las incertidumbres en las mediciones están en curso, y los conocimientos adquiridos contribuirán a una comprensión más profunda de las fuerzas y partículas que dan forma a nuestro universo. El análisis de datos que involucran electrones y fotones sigue siendo un aspecto crítico de la investigación en física de alta energía en el LHC.

#Agradecimientos

El exitoso funcionamiento del LHC y las contribuciones de varias instituciones en todo el mundo han sido vitales para el análisis y los resultados presentados. El apoyo de múltiples organizaciones científicas y cuerpos gubernamentales ha hecho posible llevar a cabo estas extensas mediciones y estudios en física de partículas.