Technische Entwicklungen bei CMS

Jets sind die experimentellen Signaturen von Quarks und Gluonen, die in Proton-Proton-Kollisionen erzeugt werden. Das detaillierte Verständnis ihrer Eigenschaften ist für viele physikalische Analysen von entscheidender Bedeutung und stellt eine wichtige Quelle systematischer Unsicherheit dar. Unsere Gruppe beschäftigt sich seit vielen Jahren intensiv mit der Kalibrierung der Jetenergie in CMS und ist für die Kalibrierung der Skala der Jetenergie und der Jet-Auflösung verantwortlich.

Im CMS-Detektor ist ein zweistufiges Triggersystem installiert, um interessante Kollisionsereignisse für die Auslese auszuwählen. In der ersten Trigger-Ebene (L1) wird die Entscheidung synchron mit der 40-MHz-Bunch-Crossing-Rate getroffen. Das L1-System aus eigens konstruierter Elektronik wurde erfolgreich in Run-1 und Run-2 der CMS-Datennahme betrieben. Für den High-Luminosity-LHC (HL-LHC) ist ein Upgrade des L1-Triggersystems vorgesehen, um eine noch effizientere Ereignisauswahl innerhalb der Bandbreitenbeschränkungen in dieser sehr anspruchsvollen Umgebung zu ermöglichen. Es sollen dann neue Algorithmen der künstlichen Intelligenz (Machine Learning) auf Field-Programmable-Gate-Arrays (FPGAs) ausgeführt werden. In unserer Arbeitsgruppe entwickeln wir die entsprechenden Algorithmen, simulieren ihre Leistungsstärke und testen sie auf unserer lokalen FPGA-Hardware, bevor sie in Zukunft in der Online-Umgebung des CMS L1-Triggers installiert werden.

Die Identifizierung von Jets, die aus Top-Quark-Zerfällen stammen, ist in vielen Suchen nach neuen physikalischen Phänomenen und Standardmodell-Messungen, die die höchsten Skalen untersuchen, von entscheidender Bedeutung. In unserer Gruppe führen wir Messungen der Top-Tagging-Effizienz in Daten und Simulationen durch. Diese basieren auf Schablonenanpassungen an gemessene Jet-Massenverteilungen. Die Messungen werden verwendet, um Korrekturfaktoren abzuleiten, die für eine Vielzahl von Analysen innerhalb der CMS-Kollaboration wichtig sind.

Die zunehmende instantane Luminosität am LHC bringt zusätzliche Herausforderungen bei der Rekonstruktion von Ereignissen. Bei hoher Luminosität finden viele Kollisionen gleichzeitig innerhalb einer Strahlkreuzung statt. Die Isolierung einer interessanten Kollision von den zusätzlichen "Pile-Up"-Kollisionen ist wichtig für bestmögliche Präzision in Physikanalysen. Wir entwickeln und verbessern Techniken, die in der Lage sind, die Auswirkungen dieser "Pile-Up"-Kollisionen abzuschwächen.

Detektor und Umweltbedingungen müssen während der Datenaufnahme ständig überwacht werden, um die Effizienz und den Zustand des CMS-Spurdetektors sicherzustellen. Wir entwickeln und verbessern Software, die den Operatoren der Detektoren hilft, diese Daten zu überwachen und Probleme frühzeitig zu erkennen. Wir tragen zu Analysen bei, die die Auswirkungen von Strahlenschäden auf den Detektor untersuchen. Diese Studien helfen, die Entwicklung dieser Faktoren vorherzusagen, was einen wichtigen Einfluss auf den Betrieb des Detektors in kommenden Datenerfassungsperioden hat.