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Title: AtlFast3: The Next Generation of Fast Simulation in ATLAS
Abstract The ATLAS experiment at the Large Hadron Collider has a broad physics programme ranging from precision measurements to direct searches for new particles and new interactions, requiring ever larger and ever more accurate datasets of simulated Monte Carlo events. Detector simulation with Geant4 is accurate but requires significant CPU resources. Over the past decade, ATLAS has developed and utilized tools that replace the most CPU-intensive component of the simulation—the calorimeter shower simulation—with faster simulation methods. Here, AtlFast3, the next generation of high-accuracy fast simulation in ATLAS, is introduced. AtlFast3 combines parameterized approaches with machine-learning techniques and is deployed to meet current and future computing challenges, and simulation needs of the ATLAS experiment. With highly accurate performance and significantly improved modelling of substructure within jets, AtlFast3 can simulate large numbers of events for a wide range of physics processes.  more » « less
Award ID(s):
1912778
NSF-PAR ID:
10339426
Author(s) / Creator(s):
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Date Published:
Journal Name:
Computing and Software for Big Science
Volume:
6
Issue:
1
ISSN:
2510-2036
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. Abstract The accurate simulation of additional interactions at the ATLAS experiment for the analysis of proton–proton collisions delivered by the Large Hadron Collider presents a significant challenge to the computing resources. During the LHC Run 2 (2015–2018), there were up to 70 inelastic interactions per bunch crossing, which need to be accounted for in Monte Carlo (MC) production. In this document, a new method to account for these additional interactions in the simulation chain is described. Instead of sampling the inelastic interactions and adding their energy deposits to a hard-scatter interaction one-by-one, the inelastic interactions are presampled, independent of the hard scatter, and stored as combined events. Consequently, for each hard-scatter interaction, only one such presampled event needs to be added as part of the simulation chain. For the Run 2 simulation chain, with an average of 35 interactions per bunch crossing, this new method provides a substantial reduction in MC production CPU needs of around 20%, while reproducing the properties of the reconstructed quantities relevant for physics analyses with good accuracy. 
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  2. Abstract

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  3. Doglioni, C. ; Kim, D. ; Stewart, G.A. ; Silvestris, L. ; Jackson, P. ; Kamleh, W. (Ed.)
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  4. null (Ed.)
    A bstract A search for new physics with non-resonant signals in dielectron and dimuon final states in the mass range above 2 TeV is presented. This is the first search for non-resonant signals in dilepton final states at the LHC to use a background estimate from the data. The data, corresponding to an integrated luminosity of 139 fb − 1 , were recorded by the ATLAS experiment in proton-proton collisions at a center-of-mass energy of $$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV during Run 2 of the Large Hadron Collider. The benchmark signal signature is a two-quark and two-lepton contact interaction, which would enhance the dilepton event rate at the TeV mass scale. To model the contribution from background processes a functional form is fit to the dilepton invariant-mass spectra in data in a mass region below the region of interest. It is then extrapolated to a high-mass signal region to obtain the expected background there. No significant deviation from the expected background is observed in the data. Upper limits at 95% CL on the number of events and the visible cross-section times branching fraction for processes involving new physics are provided. Observed (expected) 95% CL lower limits on the contact interaction energy scale reach 35.8 (37.6) TeV. 
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  5. In the past decade, the Large Hadron Collider (LHC) has probed a higher energy scale than ever before. Most models of physics beyond the standard model (BSM) predict the production of new heavy particles; the LHC results have excluded lower masses of such particles. This makes the high-mass regions especially interesting for current and future searches. In most BSM scenarios of interest, the new heavy resonances decay to standard model particles. In a subset of these models, the new particles have large couplings to the top quark, the W and Z bosons, or the Higgs boson. The top quark and W, Z, and Higgs bosons often decay to quarks, giving rise to jets of particles with substructure; event selection based on substructure is used to suppress standard model backgrounds. This review covers the key concepts in experimental searches based on the jet substructure and discusses recent results from the ATLAS and CMS experiments. 
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