Uncovering tau leptons-enriched semi-visible jets at the LHC

This Letter proposes a new signature for confining dark sectors at the Large Hadron Collider. Under the assumption of a QCD-like hidden sector, hadronic jets containing stable dark bound states could manifest in proton-proton collisions. We present a simplified model with a $Z'$ boson yielding the production of jets made up of dark bound states and subsequently leading to the decays of those that are unstable to $\tau$ leptons and Standard Model quarks. The resulting signature is characterised by non-isolated $\tau$ lepton pairs inside semi-visible jets. We estimate the constraints on our model from existing CMS and ATLAS analyses. We propose a set of variables that leverage the leptonic content of the jet and exploit them in a supervised jet tagger to enhance the signal-to-background separation. Furthermore, we discuss the performance and limitations of current triggers for accessing sub-TeV $Z'$ masses, as well as possible strategies that can be adopted by experiments to access such low mass regions. We estimate that with the currently available triggers, a high mass search can claim a $5 \sigma$ discovery (exclusion) of the $Z'$ boson with a mass up to 4.5TeV (5.5TeV) with the full Run2 data of the LHC when the fraction of unstable dark hadrons decaying to $\tau$ lepton pairs is around $50\%$, and with a coupling of the $Z'$ to right-handed up-type quarks of 0.25. Furthermore, we show that, with new trigger strategies for Run3, it may be possible to access $Z'$ masses down to 700 GeV, for which the event topology is still composed of two resolved semi-visible jets.Comment: 11 pages, 8 figures, 2 tables, (published on EPJ C as Letter

Improving ATLAS Hadronic Object Performance with ML/AI Algorithms

Hadronic object reconstruction is one of the most promising settings for cutting-edge machine learning and artificial intelligence algorithms at the LHC. In this contribution, selected highlights of ML/AI applications by ATLAS to particle and boosted-object identification, MET reconstruction and other tasks will be presented

Improving ATLAS Hadronic Object Performance with ML/AI Algorithms

Hadronic object reconstruction is one of the most promising settings for cutting-edge machine learning and artificial intelligence algorithms at the LHC. In this contribution, selected highlights of ML/AI applications by ATLAS to particle and boosted-object identification, MET reconstruction and other tasks will be presented

Recherche de la diffusion de bosons vecteurs dans la désintégration semi-leptonique avec le détecteur ATLAS en utilisant la statistique du LHC Run-II

Les considérations sur les processus de diffusion de bosons vecteurs (VBS) violant l'unitarité étaient l'une des principales motivations du mécanisme de Higgs. Ce n'est qu'en raison de l'annulation précise de tels processus avec des interactions impliquant le boson de Higgs que l'unitarité est restaurée dans le modèle standard de la physique des particules. Cette interaction complexe fait de la mesure de la diffusion des bosons vecteurs un test particulièrement puissant pour le modèle standard et un excellent endroit pour rechercher de nouvelles contributions au-delà du modèle standard. L'analyse présentée est une recherche de la production électrofaible d'une paire de bosons vecteurs en association avec une paire de jets aux caractéristiques typiques des processus de diffusion des bosons vecteurs. La recherche est effectuée avec le détecteur ATLAS dans le canal semi-leptonique en état final du 0-lepton, et utilise la statistique complète du Run-II (énergie dans le centre de masse de 13 TeV). Dans l'analyse, des algorithmes d'étiquetage de bosons vecteurs sont utilisés pour l'identification des structures de désintégration hadronique à l'aide de variables de sous-structure de jet. Des études dédiées à de tels algorithmes sont présentées. En utilisant de nouvelles définitions de jets, des améliorations potentielles en termes d'efficacité sont présentées. Des méthodes potentielles de décorrélation de la décision d'étiquetage à partir de la masse du jet sont étudiées. La structure de désintégration caractéristique des processus de diffusion des bosons vecteurs produit des jets dans la région avant du détecteur. Le détecteur ATLAS ITk, une mise à niveau prévue pour le trajectographe interne, étend l'acceptation dans ces régions bien au-delà de la portée actuelle. Des mesures sur des capteurs prototypes pour l'ITk sont présentées. Ils comprennent des mesures géométriques, électriques et d'efficacité de reconstruction des traces dans une configuration de faisceau de test d'électrons. Enfin, les perspectives sur la manière dont des travaux supplémentaires dans ces deux domaines pourraient contribuer à améliorer la précision des futures recherches VBS sont discutées.Considerations about unitarity violating vector boson scattering (VBS) processes were one of the main motivations for the Higgs mechanism. Only due to the precise cancellation of such processes with interactions involving the Higgs boson is unitarity restored within the Standard Model of particle physics. This intricate interplay makes the measurement of vector boson scattering an especially potent test for the Standard Model and an excellent place to search for new contributions beyond it. The presented analysis is a search for the electroweak production of a pair of vector bosons in association with a pair of jets with typical characteristics of vector boson scattering processes. The search is performed in the semileptonic channel with a 0-lepton final state and uses the full Run-II dataset of the ATLAS detector recorded at a center of mass energy of 13 TeV. Within the analysis vector boson tagging algorithms are used for the identification of hadronic decay structures with the help of jet substructure variables. Dedicated studies on such algorithms are presented. Using novel jet definitions potential improvements with respect to efficiency are shown. Potential methods of decorrelating the tagger decision from jet mass are studied. The characteristic decay structure of vector boson scattering processes yields jets in the forward detector region. The ATLAS ITk detector, a planned upgrade of the inner tracking detector, will extend the acceptance in these regions far beyond the current reach. Measurements on prototype sensors for the ITk are presented. They include geometrical, electrical, as well as hit efficiency measurement in an electron test beam setup. Prospects on how the ITk and further work on vector boson tagging could help to enhance the precision of future VBS searches are discussed

Recherche de la diffusion de bosons vecteurs dans la désintégration semi-leptonique avec le détecteur ATLAS en utilisant la statistique du LHC Run-II

Considerations about unitarity violating vector boson scattering (VBS) processes were one of the main motivations for the Higgs mechanism. Only due to the precise cancellation of such processes with interactions involving the Higgs boson is unitarity restored within the Standard Model of particle physics. This intricate interplay makes the measurement of vector boson scattering an especially potent test for the Standard Model and an excellent place to search for new contributions beyond it. The presented analysis is a search for the electroweak production of a pair of vector bosons in association with a pair of jets with typical characteristics of vector boson scattering processes. The search is performed in the semileptonic channel with a 0-lepton final state and uses the full Run-II dataset of the ATLAS detector recorded at a center of mass energy of 13 TeV. Within the analysis vector boson tagging algorithms are used for the identification of hadronic decay structures with the help of jet substructure variables. Dedicated studies on such algorithms are presented. Using novel jet definitions potential improvements with respect to efficiency are shown. Potential methods of decorrelating the tagger decision from jet mass are studied. The characteristic decay structure of vector boson scattering processes yields jets in the forward detector region. The ATLAS ITk detector, a planned upgrade of the inner tracking detector, will extend the acceptance in these regions far beyond the current reach. Measurements on prototype sensors for the ITk are presented. They include geometrical, electrical, as well as hit efficiency measurement in an electron test beam setup. Prospects on how the ITk and further work on vector boson tagging could help to enhance the precision of future VBS searches are discussed.Les considérations sur les processus de diffusion de bosons vecteurs (VBS) violant l'unitarité étaient l'une des principales motivations du mécanisme de Higgs. Ce n'est qu'en raison de l'annulation précise de tels processus avec des interactions impliquant le boson de Higgs que l'unitarité est restaurée dans le modèle standard de la physique des particules. Cette interaction complexe fait de la mesure de la diffusion des bosons vecteurs un test particulièrement puissant pour le modèle standard et un excellent endroit pour rechercher de nouvelles contributions au-delà du modèle standard. L'analyse présentée est une recherche de la production électrofaible d'une paire de bosons vecteurs en association avec une paire de jets aux caractéristiques typiques des processus de diffusion des bosons vecteurs. La recherche est effectuée avec le détecteur ATLAS dans le canal semi-leptonique en état final du 0-lepton, et utilise la statistique complète du Run-II (énergie dans le centre de masse de 13 TeV). Dans l'analyse, des algorithmes d'étiquetage de bosons vecteurs sont utilisés pour l'identification des structures de désintégration hadronique à l'aide de variables de sous-structure de jet. Des études dédiées à de tels algorithmes sont présentées. En utilisant de nouvelles définitions de jets, des améliorations potentielles en termes d'efficacité sont présentées. Des méthodes potentielles de décorrélation de la décision d'étiquetage à partir de la masse du jet sont étudiées. La structure de désintégration caractéristique des processus de diffusion des bosons vecteurs produit des jets dans la région avant du détecteur. Le détecteur ATLAS ITk, une mise à niveau prévue pour le trajectographe interne, étend l'acceptation dans ces régions bien au-delà de la portée actuelle. Des mesures sur des capteurs prototypes pour l'ITk sont présentées. Ils comprennent des mesures géométriques, électriques et d'efficacité de reconstruction des traces dans une configuration de faisceau de test d'électrons. Enfin, les perspectives sur la manière dont des travaux supplémentaires dans ces deux domaines pourraient contribuer à améliorer la précision des futures recherches VBS sont discutées

Recherche de la diffusion de bosons vecteurs dans la désintégration semi-leptonique avec le détecteur ATLAS en utilisant la statistique du LHC Run-II

Considerations about unitarity violating vector boson scattering (VBS) processes were one of the main motivations for the Higgs mechanism. Only due to the precise cancellation of such processes with interactions involving the Higgs boson is unitarity restored within the Standard Model of particle physics. This intricate interplay makes the measurement of vector boson scattering an especially potent test for the Standard Model and an excellent place to search for new contributions beyond it. The presented analysis is a search for the electroweak production of a pair of vector bosons in association with a pair of jets with typical characteristics of vector boson scattering processes. The search is performed in the semileptonic channel with a 0-lepton final state and uses the full Run-II dataset of the ATLAS detector recorded at a center of mass energy of 13 TeV. Within the analysis vector boson tagging algorithms are used for the identification of hadronic decay structures with the help of jet substructure variables. Dedicated studies on such algorithms are presented. Using novel jet definitions potential improvements with respect to efficiency are shown. Potential methods of decorrelating the tagger decision from jet mass are studied. The characteristic decay structure of vector boson scattering processes yields jets in the forward detector region. The ATLAS ITk detector, a planned upgrade of the inner tracking detector, will extend the acceptance in these regions far beyond the current reach. Measurements on prototype sensors for the ITk are presented. They include geometrical, electrical, as well as hit efficiency measurement in an electron test beam setup. Prospects on how the ITk and further work on vector boson tagging could help to enhance the precision of future VBS searches are discussed.Les considérations sur les processus de diffusion de bosons vecteurs (VBS) violant l'unitarité étaient l'une des principales motivations du mécanisme de Higgs. Ce n'est qu'en raison de l'annulation précise de tels processus avec des interactions impliquant le boson de Higgs que l'unitarité est restaurée dans le modèle standard de la physique des particules. Cette interaction complexe fait de la mesure de la diffusion des bosons vecteurs un test particulièrement puissant pour le modèle standard et un excellent endroit pour rechercher de nouvelles contributions au-delà du modèle standard. L'analyse présentée est une recherche de la production électrofaible d'une paire de bosons vecteurs en association avec une paire de jets aux caractéristiques typiques des processus de diffusion des bosons vecteurs. La recherche est effectuée avec le détecteur ATLAS dans le canal semi-leptonique en état final du 0-lepton, et utilise la statistique complète du Run-II (énergie dans le centre de masse de 13 TeV). Dans l'analyse, des algorithmes d'étiquetage de bosons vecteurs sont utilisés pour l'identification des structures de désintégration hadronique à l'aide de variables de sous-structure de jet. Des études dédiées à de tels algorithmes sont présentées. En utilisant de nouvelles définitions de jets, des améliorations potentielles en termes d'efficacité sont présentées. Des méthodes potentielles de décorrélation de la décision d'étiquetage à partir de la masse du jet sont étudiées. La structure de désintégration caractéristique des processus de diffusion des bosons vecteurs produit des jets dans la région avant du détecteur. Le détecteur ATLAS ITk, une mise à niveau prévue pour le trajectographe interne, étend l'acceptation dans ces régions bien au-delà de la portée actuelle. Des mesures sur des capteurs prototypes pour l'ITk sont présentées. Ils comprennent des mesures géométriques, électriques et d'efficacité de reconstruction des traces dans une configuration de faisceau de test d'électrons. Enfin, les perspectives sur la manière dont des travaux supplémentaires dans ces deux domaines pourraient contribuer à améliorer la précision des futures recherches VBS sont discutées

Search for Semileptonic Vector Boson Scattering with the ATLAS Detector Using LHC Run-II Data

Considerations about unitarity violating vector boson scattering (VBS) processes were one of the main motivations for the Higgs mechanism. Only due to the precise cancellation of such processes with interactions involving the Higgs boson is unitarity restored within the Standard Model of particle physics. This intricate interplay makes the measurement of vector boson scattering an especially potent test for the Standard Model and an excellent place to search for new contributions beyond it. The presented analysis is a search for the electroweak production of a pair of vector bosons in association with a pair of jets with typical characteristics of vector boson scattering processes. The search is performed in the semileptonic channel with a 0-lepton final state and uses the full Run-II dataset of the ATLAS detector recorded at a center of mass energy of 13 TeV. Within the analysis vector boson tagging algorithms are used for the identification of hadronic decay structures with the help of jet substructure variables. Dedicated studies on such algorithms are presented. Using novel jet definitions potential improvements with respect to efficiency are shown. Potential methods of decorrelating the tagger decision from jet mass are studied. The characteristic decay structure of vector boson scattering processes yields jets in the forward detector region. The ATLAS ITk detector, a planned upgrade of the inner tracking detector, will extend the acceptance in these regions far beyond the current reach. Measurements on prototype sensors for the ITk are presented. They include geometrical, electrical, as well as hit efficiency measurement in an electron test beam setup. Prospects on how the ITk and further work on vector boson tagging could help to enhance the precision of future VBS searches are discussed

The Run-3 ATLAS jet trigger

The ATLAS jet trigger is instrumental in selecting events both for Standard Model measurements and Beyond the Standard Model physics searches. Non-standard triggering strategies, such as saving only a small fraction of trigger objects for each event, avoids bandwidth limitations and increases sensitivity to low-mass and low-momentum objects. These events are used by Trigger Level Analyses, which can reach regions of parameter space that would otherwise be inaccessible. To this end, the calibration of trigger-level jets is imperative both to ensure good trigger performance across the ATLAS physics programme and to provide well-measured jets for Trigger Level Analysis. This contribution presents an introduction to the ATLAS jet trigger for Run-3 of the LHC and discusses the performance of the trigger jet calibration. These studies will allow us to commission a Run-3 trigger jet calibration that provides excellent performance across a broad jet transverse momentum range as low as 25 GeV

The ATLAS experiment at the CERN Large Hadron Collider: a description of the detector configuration for Run 3

The ATLAS detector is installed in its experimental cavern at Point 1 of the CERN Large Hadron Collider. During Run 2 of the LHC, a luminosity of ℒ = 2 × 1034 cm-2 s-1 was routinely achieved at the start of fills, twice the design luminosity. For Run 3, accelerator improvements, notably luminosity levelling, allow sustained running at an instantaneous luminosity of ℒ = 2 × 1034 cm-2 s-1, with an average of up to 60 interactions per bunch crossing. The ATLAS detector has been upgraded to recover Run 1 single-lepton trigger thresholds while operating comfortably under Run 3 sustained pileup conditions. A fourth pixel layer 3.3 cm from the beam axis was added before Run 2 to improve vertex reconstruction and b-tagging performance. New Liquid Argon Calorimeter digital trigger electronics, with corresponding upgrades to the Trigger and Data Acquisition system, take advantage of a factor of 10 finer granularity to improve triggering on electrons, photons, taus, and hadronic signatures through increased pileup rejection. The inner muon endcap wheels were replaced by New Small Wheels with Micromegas and small-strip Thin Gap Chamber detectors, providing both precision tracking and Level-1 Muon trigger functionality. Trigger coverage of the inner barrel muon layer near one endcap region was augmented with modules integrating new thin-gap resistive plate chambers and smaller-diameter drift-tube chambers. Tile Calorimeter scintillation counters were added to improve electron energy resolution and background rejection. Upgrades to Minimum Bias Trigger Scintillators and Forward Detectors improve luminosity monitoring and enable total proton-proton cross section, diffractive physics, and heavy ion measurements. These upgrades are all compatible with operation in the much harsher environment anticipated after the High-Luminosity upgrade of the LHC and are the first steps towards preparing ATLAS for the High-Luminosity upgrade of the LHC. This paper describes the Run 3 configuration of the ATLAS detector