一种通用带电径迹重建框架在CEPC探测器优化中的应用

With the development of the high energy physics software, and the growing demand from the physics analysis, the project of developing general and efficient modelized software becomes the trend. Charged track reconstruction is the most essential task in the processing of high energy physics data analysis, which directly impacts on the accuracy of physics results. There exists various designs of The Circular Electron Positron Collider (CEPC) detector layouts, while each of them requires a corresponding reconstruction algorithm. Therefore, we hope to introduce a common tracking software (ACTS), by which we can implement the whole reconstruction steps and carry out the optimization for all the detector layout designs. We will finally give an evaluation of the different detector layouts in terms of the reconstruction performance, to optimize the design of the CEPC detector.

随着高能物理软件不断发展和物理分析对软件日益增长的需求，开发通用高效的模块化软件成为高能物理的发展趋势。带电径迹重建是高能物理数据处理环节最重要的部分，重建算法的好坏直接影响物理分析的精度。环形正负电子对撞机CEPC当前有多种探测器设计布局，每种几何设计布局需要开发相应的重建算法，因此我们希望引入一个完整的通用径迹重建框架(ACTS)，在该框架下可以实现每种探测器布局的径迹重建和算法优化，进而在重建性能角度对不同的探测器设计方案进行评估，从而达到优化CEPC探测器设计的目的。

本项目研究工作中的核心任务是用一种新的重建软件ACTS（A Common Tracking Software）实现CEPC探测器带电粒子重建。ACTS是一个近年来国际上热门的重建软件框架，从ATLAS实验软件中衍生而来。由于其多数算法模块未完善，因此在项目的研究计划中分成了两个阶段：首先通过国际合作参与ACTS的开发，补充完善径迹重建所需的基本算法模块；第二个阶段则在ACTS下实现CEPC的探测器，并建立径迹重建流程，评估不同CEPC探测器设计的性能。. 依据项目书所列研究内容及软件实际开发进展情况，项目负责人及团队成员参与ACTS软件的开发，补充完善了ACTS的几何物质、外推、径迹拟合等模块；在ACTS框架下实现了CEPC不同类型探测器径迹室的设计，建立了基于蒙卡真实信息的快模拟重建性能评估方法，对CEPC基线探测器径迹室进行了性能研究。研究验证了ACTS软件作为探测器重建性能研究工具的可靠性，且有很好的潜能成为CEPC和未来高能物理通用的径迹重建软件。同时我们也认识到，ACTS软件本身只有卡曼滤波等基本算法，仍有很大的提升空间，其在未来高能物理的应用取决于更丰富算法模块的实现，也亟待ATLAS等真实实验数据的验证。