Detecção de Raios Cósmicos em Calorímetros Altamente Segmentados Usando Transformada de Hough Aleatória

Abstract

Em detectores de partículas de altas energias, como o ATLAS (A Toroidal LHC Apparatus), um dos principais experimentos do LHC, o calorímetro é responsável por absorver e medir a energia das partículas. No ATLAS, o calorímetro é dividido em duas partes: a eletromagnética (LAr) e a hadrônica (TileCal), destinadas à detecção de partículas que interagem predominantemente por processos eletromagnéticos ou hadrônicos, respectivamente. Para a certificação experimental dos cerca de 10.000 canais de leitura do TileCal, foram utilizados raios cósmicos durante a fase de comissionamento. A partir da energia depositada por esses raios nas células do calorímetro, é possível reconstruir suas trajetórias. Devido às características dos raios cósmicos, o sinal detectado pelo TileCal apresenta baixa relação sinal-ruído, tornando necessária a utilização de métodos eficientes para reconstrução das trajetórias. O método proposto neste trabalho baseia-se em uma variante da Transformada de Hough, que mapeia o espaço de dados (células ativadas pela energia absorvida) para um espaço de parâmetros, com o objetivo de identificar traços lineares deixados pelos raios cósmicos. O trabalho apresenta a Transformada de Hough Aleatória, capaz de reconhecer trajetórias provenientes de múltiplos raios cósmicos simultaneamente. A validação do método com dados de simulação Monte Carlo alcançou uma eficiência de 99,8% na reconstrução das trajetórias, comprovando a alta eficácia da abordagem proposta.