Advanced signal processing and machine learning techniques for muon orbital hit localization in the ATLAS experiment at CERN
Προηγμένη επεξεργασία σήματος και μηχανική μάθηση Τεχνικές για τον εντοπισμό τροχιακών χτυπημάτων μιονίων στο ATLAS στο πείραμα του CERN

Μεταπτυχιακή διπλωματική εργασία
Συγγραφέας
Αθανασοπούλου, Φωτεινή
Ημερομηνία
2025-02-20Επιβλέπων
Μαστοροκώστας, ΠάριςΛέξεις-κλειδιά
New small wheel ; NSW ; Chambers ; Muon hit localization ; Large hadron collider ; LHC ; HL-LHC ; High luminosity ; Radiative ; Energy losses ; Signal processing ; Machine learning ; Cluster analysis ; Silicon detectors ; Pile-up ; Mitigation ; Data analysis ; Deep learning ; Gradient boosted decision tree ; GBT ; Classifier ; Regressor ; Xgboost ; Algorithm ; Lightgbm ; Catboost ; Random forest ; Adaboost ; Cart ; Logistic regression ; Tensorflow ; Neural network ; SVM ; Support vector machine ; Ridge ; Hyperparameters ; Muon ; Nwe small wheel upgrade ; Cern ; Muontester ; Monte carlo simulation ; Correlation analysis ; Signal strength analysis ; Feature importance analysis ; Particle detector ; Physics ; Google colab ; Artificial intelligence ; ATLAS experiment ; Micromegas detector ; Precision measurements ; Radiation damage ; Python ; Experimental particle physics ; Large-scale data ; Advanced data processing techniquesΠερίληψη
This research focuses on enhancing muon hit localization in the Micromegas detectors of the New Small Wheel (NSW), a critical upgrade to the ATLAS Muon Spectrometer at CERN. By integrating advanced signal processing techniques and machine learning algorithms, the study addresses key challenges such as radiation damage, pile-up effects, and radiative energy losses that affect precision measurements in high-luminosity environments. The research develops signal processing methods to suppress noise and correct signal distortions while applying state-of-the-art machine learning models to high-fidelity Monte Carlo simulations of muon interactions. A comparative analysis of multiple simulation datasets across different transverse momenta evaluates the robustness of these approaches. Additionally, statistical classification methods are utilized to differentiate signal from background events, thereby improving data quality and minimizing systematic uncertainties. By categorizing muon traces affected by radiation-induced energy loss into signal (cluster signal) and background (cluster background), the study further refines localization accuracy. The findings contribute to optimizing muon detection in ATLAS, supporting more precise particle trajectory reconstruction for high-energy physics experiments.
Περίληψη
Αυτή η έρευνα επικεντρώνεται στην ενίσχυση του εντοπισμού των χτυπημάτων μιονίων στους ανιχνευτές Micromegas του Νέου Μικρού Τροχού (NSW), μια κρίσιμη αναβάθμιση του φασματογράφου μιονίων ATLAS στο CERN. Με την ενσωμάτωση προηγμένων τεχνικών επεξεργασίας σήματος και αλγορίθμων μηχανικής μάθησης, η μελέτη αντιμετωπίζει βασικές προκλήσεις όπως η βλάβη από ακτινοβολία, τα φαινόμενα συσσώρευσης και οι απώλειες ενέργειας από ακτινοβολία που επηρεάζουν τις μετρήσεις ακριβείας σε περιβάλλοντα υψηλής φωτεινότητας. Η έρευνα αναπτύσσει μεθόδους επεξεργασίας σήματος για την καταστολή του θορύβου και τη διόρθωση των παραμορφώσεων του σήματος, ενώ παράλληλα εφαρμόζει μοντέλα μηχανικής μάθησης τελευταίας τεχνολογίας σε προσομοιώσεις Monte Carlo υψηλής πιστότητας των αλληλεπιδράσεων μιονίων. Μια συγκριτική ανάλυση πολλαπλών συνόλων δεδομένων προσομοίωσης σε διαφορετικές εγκάρσιες ορμές αξιολογεί την ευρωστία αυτών των προσεγγίσεων. Επιπλέον, χρησιμοποιούνται στατιστικές μέθοδοι ταξινόμησης για τη διαφοροποίηση των συμβάντων σήματος από το υπόβαθρο, βελτιώνοντας έτσι την ποιότητα των δεδομένων και ελαχιστοποιώντας τις συστηματικές αβεβαιότητες. Με την κατηγοριοποίηση των ιχνών μιονίων που επηρεάζονται από την απώλεια ενέργειας που προκαλείται από την ακτινοβολία σε σήμα (cluster signal) και υπόβαθρο (cluster background), η μελέτη βελτιώνει περαιτέρω την ακρίβεια εντοπισμού. Τα ευρήματα συμβάλλουν στη βελτιστοποίηση της ανίχνευσης μιονίων στον ATLAS, υποστηρίζοντας την ακριβέστερη ανακατασκευή τροχιάς σωματιδίων για πειράματα φυσικής υψηλών ενεργειών.
Αριθμός σελίδων
170Σχολή
Σχολή ΜηχανικώνΑκαδημαϊκό Τμήμα
Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής και ΥπολογιστώνΤμήμα Μηχανικών Τοπογραφίας και Γεωπληροφορικής
Τίτλος Προγράμματος Μεταπτυχιακών Σπουδών
Τεχνητή Νοημοσύνη και Οπτική ΥπολογιστικήΓλώσσα
Αγγλικά
Εκτός από όπου επισημαίνεται κάτι διαφορετικό, το τεκμήριο διανέμεται με την ακόλουθη άδεια:
Αναφορά Δημιουργού - Μη Εμπορική Χρήση - Παρόμοια Διανομή 4.0 Διεθνές
Αναφορά Δημιουργού - Μη Εμπορική Χρήση - Παρόμοια Διανομή 4.0 Διεθνές
Σχετικές εγγραφές
Προβολή εγγραφών σχετικών με τίτλο, συγγραφέα, δημιουργό και λέξεις-κλειδιά.
-
Μελέτη αντοχής του πρωραίου καταστρώματος και ενισχυτικών απο σύνθετη κατασκευή (τυπου Sandwich) με χρήση της Μεθόδου των Πεπερασμένων Στοιχείων για την τοποθέτηση γερανού
Γαλάνης, Απόστολος (Πανεπιστήμιο Δυτικής Αττικής, 2023-06-29)Η παρούσα διπλωματική εργασία παρουσιάζει μια μελέτη σχετικά με την εγκατάσταση ενός γερανού σκαφών αναψυχής στο κατάστρωμα της πλώρης σύμφωνα με τους κανονισμούς νηογνώμονα, αξιολογώντας την αντοχή του πρωραίου καταστρώματος ... -
Διαχείριση κινδύνου - αβεβαιότητας σε βιομηχανικά έργα - Μελέτη περίπτωσης σε μία βιομηχανία
Πολίτης, Αθανάσιος (Πανεπιστήμιο Δυτικής Αττικής, 2022-03-17)Η εργασία αυτή στοχεύει στην παρουσίαση ενός προτύπου διαχείρισης κινδύνου (π.χ. PMI) και στην χρήση του για την ανάπτυξη σεναρίων διαχείρισης κάποιων κινδύνων σε μία βιομηχανία. Στη βιομηχανία που θα επιλεγέι, θα πρέπει ... -
Aerodynamic study and design of an FSAE-type vehicle's front wing
Περιφάνας, Αλέξανδρος (Πανεπιστήμιο Δυτικής Αττικής, 2023-10-14)The field of motorsport requires extensive study for the design of a prototype racing car, as the parameters that affect the final result are numerous and complex. In this thesis, a detailed aerodynamic and static study ...