Partikelidentifiering

Partikelidentifiering, ofta förkortat PID, är processen att bestämma vilken typ av partikel som registrerats av en fysik- eller mätinstrumentens detektor. Den används främst inom högenergifysik, neutrinoexperiment och astropartikelforskning för att möjliggöra korrekt händelseåtergivning och målinriktad analys av kärn- eller partikelprocesser.

I experiment används flera spår- och energimätningar för att avgöra partikelarten. Observationer från spåren i innerdetektorer ger momentum och laddning, medan energiavregistrerandet i kalorometrarna ger information om partikeltyp genom dE/dx-svans eller showerform. Andra identifikatorer är tidsinformation från tid‑till‑flygtåliga mätningar (ToF), Cerenkov-reaktioner i RICH-detektorer och speciella mätningar av muonrelevans i överliggande detektorer. Den sammantagna tolkningen av dessa signaturer kräver sannolikhetsbaserade eller multivariata metoder.

Metoderna för PID inkluderar cut-based logik, sannolikhetsbaserade (likelihood) tillvägagångssätt och mer avancerade maskininlärnings- eller djupinlärningsmodeller som beslutsträd eller neurala nätverk. Kalibrering sker med kontrollprov och data-drivna tekniker som tag-and-probe och flankdata för att bestämma effektivitet och felidentifieringar. Resultaten kommuniceras vanligtvis som sannolikheter eller effektivitet för varje partikeltyp, ofta som funktion av partikelns momentum och vinkel.

Prestanda bedöms genom identifieringsgrad (effektivitet) och felidentifieringar (misidentifikation). Tekniska begränsningar uppstår beroende på momentum, detektordesign och exacerbation av överlappningar i signaturer. Partikelidentifiering är avgörande för att rekonstruera kärnreaktioner, mäta cross-sections och studera fundamentala processer.