146■談話室

CERN Summer Student Programme 2017 活動報告
東京大学大学院理学系研究科物理学専攻 宇宙線研究所修士 1 年

山本 晃平
yamakoh@icrr.u-tokyo.ac.jp
2017 年 9 月 11 日

1

はじめに
私 は 6 月 19 日 か ら 8 月 25 日 ま で ，CERN

ID tracker や calorimeter への寄与が多く存在します。

Summer Student Programme に参加しました。本プロ

これらの寄与を差し引かなければならず，そのためグラムは世界約 90 カ国から 340 人ほどの学生が参の手法がこれまでにも多く提案されてきました[1]。

加する，非常に国際色豊かなサマースクールです。

私と TJ は，Particle Flow algorithm (以下 PFlow) と呼ここでは，CERN での 10 週間で私が経験したことばれる jet clustering の手法と，SoftKiller と呼ばれるについての活動報告をさせていただきます。

pile-up からの寄与を差し引く手法を合わせた解析のパフォーマンスを評価するということを行ないまし2

研究・活動内容

た 。ATLAS 実 験 で は Topological clustering (以 下

2.1 LecturesTopo) という Calorimeter からの情報のみを用いた10 週間の滞在のうち 6 月 26 日からの 6 週間は，jet clustering がなされていますが，CMS で使われて午前中に Summer Student 向けの講義が行われましきた PFlow は，ID tracker からの情報を Calorimeterた。現在日本で重力波を専門としている私ですが，のものと結びつけることによって，EM Calorimeter

大学院での専門を CERN での ATLAS にするか最後と Hadron Calorimeter 間の重複計算を効率的に避けまで悩んでいた私にとって，この講義で CERN のることができるため ATLAS でも導入する流れとな加速器や detector について幅広く学べることは大変っています。一方 SoftKiller は jet を構成する前に行に興味深いものでした。さらにこの講義は CERN

われる pile-up suppression の手法であり，そのシンで行われる実験のみに焦点を当てているのではなく，プルさに関わらずとても効果的であることが先行研

素粒子物理学の理論的な側面や弦理論，さらには素究[2]で示されています。これらのコンビネーショ

粒子物理学の医療への応用についての講義まであり

ン (以下 PF+SK) の評価はこれまでほとんど研究がました。本講義の間のコーヒーブレイクや，その後なされていません (唯一のものは文献[3])。私たちはのランチの時間に友人と講義の内容 (に始まりその様々な pile-up suppression や clustering の手法と比較ほか色々) について話すことも多くあり，ほかのす る こ と に よ り ，PF+SK を 評 価 す る と と も に ，Summer Student との交流の機会としてもとても良かTopo などこれまで使われてきた手法に加わえて，ったように思います。

PF+SK による解析も含んだ，𝜂𝜂 (ビーム軸方向の座2.2 研究室での活動標値に相当) ビンについての calibration (𝜂𝜂の値、おCERN Summer Student Programme に お い て ，Summer Student は supervisor の下で各グループの研究に参加する形を取っています。私は Teng JianKhoo 氏(以下 TJ) と Christopher Young 氏の下(主よび各ビンでのエネルギーに対する calibration: 以下PFSKCal) を導出することを目標としていました。
2.2.1 Official Calibration との比較
Calibration を評価する最も直接的な量として Jet
recotrueに普段指導をしていただいたのは TJ)，ATLAS 実験

Response (定義: R = pT / pTのデータ解析グループに配属されました。

からこれが 1 に近いほど，シミュレーション結果) があります。定義

LHC で陽子ビーム同士が衝突した際にわれわれが(true) にデータから再構成した結果 (reco) が近いこ

基本的に知りたいのは，高いエネルギーを持ったあとを意味し，すなわち calibration がうまくできてい(vertex) です。しかる こ と に 対 応 し ま す 。 わ れ わ れ の 行 っ た jet

し ATLAS 実験は高いルミノシティを誇っており，performance の評価の流れは，まず jet のみを含む

最も興味のある vertex 以外

dijet イベントについてシミュレーションにより適切る一組のパートン同士の反応(以下 pile-up) からの147
な calibration を導出し，それをしてその結果を意のデータに適用
1 はするというものです。

dijet についてのシミュレーション結果のうち，して PF+SK の 0.0 < η < 0.5 のとのものを示しま

1 の 2 本 の 線 は PFSKCal 前 後 (Beforeす。

さらなるのためにここで Fake Rate とな再構成した jet呼ばれる量を導入します。これはた jet と，のうちシミュレーションでthreshold のでマ定したチングしなかったものの比率され，その定義より pile-up からの寄与をとしてCalibrated と Calibrated) に対応し，シミュレーショどれだけンのレベルで PFSKCal がうまく

ど calibration がうまくいっていることを示していまいていることがわかります。ってしまったのかを示す量で，さいほす。
4 には，( | η |< 1.0 ) につい出器内の中ての Fake Rate を示します。これをにのようならかなると PFSKCalがあることがわかります。

Topo による解析に比べ，PFlow についての解析でrecoは 40 GeV < pT < 60 GeV ののような形が1 dijet シミュレーションの Jet Response。にこの点については，値が大きくに PFSKCal をよりに評価するには，すでに導出されている OCal との比較がなンプて取れる。

ことから jet ではない

もられているって jet

素からの寄与を，です。しとして再構成してしまっているのではとえました。

PF+SK についての OCal (私たちがまさにTopo ではなく PFlow についてのみこのが現れ導出したいもの) は存在しないため，この比較にはていることから，ンであSK を含まないコンビネーションを用いるることが示

かし当があります。
PFlow を用いた解析に対して，Jet response についてれの Calibration の比較を示しています。これなエネルギーを合，ミューにが jet とるうまくいくことが示された calibration を実際の tt

ン と Fake Rate と し て

pile-up

存をの関としてのするための calibration であり，の PFSKCal には含まれていません。これをとの段PFlow のするため，ミューいるのです。ミュー

22( R = η + ϕ ) を計算しました (5)。するとされたがューり，PFlow について，ークがられるため，点については

国後 TJ からそのほかのを持った粒子とをい(1 からり Jet response は最のも直接的に Calibration のを評価する指標であるた

後はこの値を 1 に近なの一つである。

ンプのはミム) についてのグをOverlap removal (jet としたする

ルのがき

90

100ました。

けていくことが最も重Fake Rate

め，さいとこンであることを示すことができました。この方についてクティがン

え ら れ た jet と のでは PFSKCal は OCal に比べ Topo，い)ことがわかります。前Jet Response

たようにに大きなるがしやすいですが，PFlow は ATLAS の ID tracker とcalorimeter の情報を

calibration とは，Primary vertex のンがそこまで大きさないために，jet とのは先の dijet についてのシミュレーションによってイ ベ ン ト に 適 用 し た も の で す 。 こ こ で residual

素はミューされます。つまり，calorimeter だけをている Topo の3 には SK による pile-up suppression を行わずにそれとなる

1.4

1
AntiKt4EMTopo, with PFSKCal
AntiKt4EMPFlow, with PFSKCal

10−1

AntiKt4EMPFlow, with OCal
1.3

AntiKt4EMPFlow, with PFSKCal
1.2

10−2

AntiKt4EMPFlow, with OCal without residual cal

10−31.1

110−40.9

10−5200.8

2030405060

70

3 Jet Response(比較)。

8090100

pTtrue30

4中4050607080

preco [GeV]
T( η < 1.0)での Fake Rate(比較)。

148があり，
600

それ

AntiKt4EMTopo

400

AntiKt4EMPFlow
300

れのをしんだり，の行の計

25 中

34

5

6での fake jets とミュー

78
∆Rfakejet-muonンとの。

ュネーブ大学momentum) についてもいくつかの量について多くをプロトして様々それまでのプロしましたが，最トが週にになるほどの重大な日に，マレーシ

院にばれ，みんなでけつけるという大変週には色々なとこのの 滞 在 中 に MET (missing transverse生日をおえています。最な経験もしました

院できました)。に友人と出かけ，CERN での研究の話に加え，それ2.2.2 MET performance

ラいしたの(友人はその日のうちに1べられないものが験でした。

中に00しみました。

また，滞在中に 3 人の友人のの友人が100合でをした

ラな人たちとの BBQ はとても興味深いはとてもよく200をくまで週りしていました。St. Genis で BBQ も500のに友人との後時間があればれの国での生活やの話など，大変いい交流をできたようにます。これからもう後のくき合っていくであ友たちに出会ったことは，CERN での研究に加え，かけがえのないことが出物であるとをっていうます。

することができたのでここではそれについてきます。その6 に示してありまというのがす。PF+SK について線形に MET (の Z) がのン軸へしていますが，これは MET について jet からの寄与がされていないことを示して

recoET ⋅ Zいます。
0−10

7 友人たちとAntiKt4EMTopo−20

行した Charmonix での一。

AntiKt4EMPFlow−30

4

AntiKt4EMPFlowSKのとと−40

私はスイスに行く前，−50のの−60−70
0

力がまだまだ

20

30

40

50

60

70

80

90

100pZ
T( Z → ee イベント)。

ン軸への東大の学生たちとも私が CERN をうどけ，的に交流しています。研はなりますが，解析をプログラミングったちしました。

話などで交流を究については，素粒子というである重力波との会話力について多りないことを国後も友人たちとテレビ
10

6 MET の Z

2.2.3のがありましたが CERN での滞在中にや ROOT のようなの専門て学んだ
フトの週，TJ は研究，TJ にわったプレ会のためにトロントに向かいました。そこでは，こえるコなど，直接的に活かせることもたくさんれまであまりなされてこなかった PF+SK のパフォ学んだので，ーマンスに関する私たちの結果について，多くの方です。

が興味を持ってくれたそうです。

3

CERN での私は普段 CERN のしていました。

後このプログラムにステルに滞在にあるレストランには人とそれをうまくむこととして，普段のションものがあればより良いように内にあるの意らの研究にも多く活かしていきたい

lecture に加えディスカ

活にステルのンでれの研究についての lecture というました。多くの友

えあうことはありましたが，そのための機会というのがそれほどに149あるようにはなかったからです。私も所属グループのミーティングでプレンテーションしましたが，そこに Summer Student は私しかいませんでした。

5
本プログラム参加にあたり，関わってくださったすべての方々によりめてくださった京します。本プログラムを大学の中である東京大学の，指導，様，変お世話になったさん。プログラムが始まる前だというのに日本にた際わ

究内容についての TJ と TJ がにしてくださった先生方，KEK のさんと現わで大時間を取って研えてくれた CERN での指導

在の間多くの時間をいて論してに日本から参加したおけちん，とくれた Christopher。
最後に，一も，かずきを含め，現でれられないような思い出をいくつもくれた多くの友人たちにからありがとう。

[1] ATLAS

Collaboration,"Jetreconstruction

andperformance using particle flow with the ATLAS
Detector"

Submitted to Eur. Phys. J. C (2017)[2] M. Cacciari

G. P. Salam and G. Soyez"SoftKiller

a particle-level pileup removal method"

CERN-PH-CH-2014-116[3] D. Lopez-Mateos and J. Roloff
PFlow""SoftKiller withpresentation on September 232016