https://repositorio.ufba.br/handle/ri/43129| Tipo: | Dissertação |
| Título: | Calibração de energia na etapa rápida do trigger de elétrons do experimento ATLAS utilizando árvores de decisão reforçadas por gradiente |
| Autor(es): | Alves, Arthur Sodré de Oliveira |
| Primeiro Orientador: | Simas Filho, Eduardo F. de. |
| metadata.dc.contributor.advisor-co1: | Lieber Marin, Juan |
| metadata.dc.contributor.referee1: | Fernandes Jr., Antônio Carlos Lopes |
| metadata.dc.contributor.referee2: | Kaschny, Jorge Ricardo de Araújo |
| metadata.dc.contributor.referee3: | Rocha Neto, Ajalmar Rêgo da |
| metadata.dc.contributor.referee4: | Simas Filho, Eduardo F. de |
| metadata.dc.contributor.referee5: | Lieber Marin, Juan |
| Resumo: | Na física de altas energias, o grande volume de dados – com uma parcela significativa proveniente de ruído de fundo – dificulta a identificação dos fenômenos de interesse. Para contornar essa complexidade, é adotado um sistema de seleção online de eventos (trigger), que no experimento ATLAS do Large Hadron Collider (LHC ) opera em duas etapas sequenciais: o primeiro nível e o trigger de alto nível (também denominado etapa rápida). Técnicas de aprendizado de máquina têm sido empregadas para aprimorar essa seleção. No contexto da detecção de elétrons, a estimação precisa da energia depositada nos caloríme- tros é fundamental para a correta identificação de candidatos. Os erros nessa medida podem decorrer de efeitos de pileup, que aumentam artificialmente a energia reconstruída, e de perdas longitudinais e laterais de energia, que resultam em uma subestimação da energia verdadeira. Como consequência, imprecisões na estimativa podem comprometer a eficiência da seleção ou aumentar as taxas de falsos positivos. Este trabalho propõe uma metodologia de calibração de energia para o trigger de alto nível, utilizando um ensemble de árvores de decisão potenciadas por gradiente (Gradient Boosted Decision Trees – GBDTs). Essa abordagem permite modelar não linearidades e capturar relações complexas nos dados de forma eficiente, aprimorando a precisão da estimativa de energia. A solução desenvolvida foi integrada ao ambiente de software de operação do detector, e está atualmente em avaliação para possível adoção nos próximos anos. Nos testes realizados com dados simulados, observou-se uma redução de até 25% na dispersão da energia reconstruída, além de uma melhora de 20,6% no erro percentual absoluto médio na faixa de baixas energias (0 a 30 GeV). Com dados de validação, foi possível reduzir o limiar de seleção sem comprometer a eficiência na identificação de elétrons, resultando em menor taxa de falsos positivos, menor demanda computacional e aumento da eficiência global do sistema de trigger. |
| Abstract: | In high-energy physics, the very large data volume—with a substantial fraction arising from background noise—makes it difficult to identify the phenomena of interest. To overcome this complexity, an online event-selection system (the trigger) is employed, which in the ATLAS experiment at the LHC operates in two sequential stages: the first-level trigger and the High-Level Trigger (also called the rapid stage). Machine-learning techniques have been adopted to enhance this selection. In the context of electron identification, an accurate estimation of the energy deposited in the calorimeters is crucial for the correct selection of candidates. Measurement errors can stem from pileup effects, which artificially increase the reconstructed energy, and from longitudinal and lateral energy losses, which lead to an underestimation of the true energy. Consequently, inaccuracies in the energy estimate can compromise selection efficiency or raise the false-positive rate. This work proposes an energy-calibration methodology for the High-Level Trigger using an ensemble of gradient-boosted decision trees (GBDTs). This approach is capable of modeling non-linearities and capturing complex relationships in the data efficiently, thereby improving the precision of the energy estimate. The solution was integrated into the detector’s operational software framework and is currently under evaluation for potential adoption in the coming years. In tests performed with simulated data, we observed up to a 25% reduction in the dispersion of reconstructed energy, as well as a 20.6% improvement in the mean absolute percentage error in the low-energy range (0–30 GeV). With validation data, it was possible to lower the selection threshold without compromising the electron identification efficiency—resulting in a reduced false-positive rate, lower computational demand, and an overall increase in trigger performance. |
| Palavras-chave: | Física de altas energias ATLAS LHC Trigger Calibração de energia Aprendizado de máquina |
| CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::MEDIDAS ELETRICAS, MAGNETICAS E ELETRONICAS INSTRUMENTACAO::INSTRUMENTACAO ELETRONICA |
| Idioma: | por |
| País: | Brasil |
| Editora / Evento / Instituição: | Universidade Federal da Bahia |
| Sigla da Instituição: | UFBA |
| metadata.dc.publisher.department: | Escola Politécnica |
| metadata.dc.publisher.program: | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica (PPGEE) |
| Citação: | ALVES, Arthur Sodré de Oliveira. Calibração de energia na etapa rápida trigger de elétrons do experimento ATLAS utilizando árvores de decisão reforçadas por gradiente. 2025. 79 f. Dissertação – Escola Politécnica, Universidade Federal da Bahia, Salvador, 2025. |
| Tipo de Acesso: | Acesso Aberto |
| URI: | https://repositorio.ufba.br/handle/ri/43129 |
| Data do documento: | 23-Jul-2025 |
| Aparece nas coleções: | Dissertação (PPGEE) |
| Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
|---|---|---|---|---|
| VersaoFinalDissertacao__Arthur.pdf | Dissertação de Mestrado - Arthur Sodré de Oliveira Alves | 8,6 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir |
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