В чем разница между треками Монте-Карло и реконструированными треками в столкновениях тяжелых ионов?

Физика элементарных частиц во многом полагается на симуляции Монте-Карло для сравнения данных с теоретической моделью.

Генератор событий Монте-Карло генерирует событие из распределений, предсказанных некоторой теоретической моделью. Событие состоит из фундаментального рассеяния, в данном случае двух тяжелых ионов, сталкивающихся и дающих число из четырех векторов, как указано в используемой теоретической модели. Этими четырьмя векторами будут протоны, нейтроны, гамма, нейтрино и т. д., выходящие из теоретической вершины. MC распространяет эти четыре вектора через симуляцию детектора, чтобы увидеть, как их путь искажается из-за ограничений обнаружения.

В конце создается набор данных о событиях MC, который выглядит как набор данных об измеренных событиях, но представляет собой интеграцию гипотезы в теоретическую модель, подлежащую проверке. Нет однозначной подгонки измеренного трека к треку или событию, сгенерированному методом Монте-Карло. Происходит сравнение соответствующих распределений, угловых, переданных импульсов, множественности и т.д. Сравнение показывает, насколько хорошо теоретически смоделирована реакция, а любые отклонения указывают на то, что теоретическую модель следует расширить, скорректировать или отвергнуть.

В самом прямом смысле вы с помощью моделирования MC создаете набор данных, предполагая, что вы поняли и имеете в своем генераторе событий то, что Природа использует для генерации событий. Различия в распределениях подчеркнут, где ваше понимание природных процессов нуждается в лучшей математической модели.

Это видно по открытию бозона Хиггса на LHC:

Черные точки — это данные. Линия с зелеными и красными точками — это то, что дал метод Монте-Карло, где генератор событий не имеет сигнала резонанса на 125. Как только сигнал виден, генератор событий изменяется, и генерируется выборка данных Монте-Карло, чтобы соответствовать наблюдаемому сигналу. при 125 ГэВ.

В одном предложении?

Трек MC — это выражение того, что вы думаете о том, как работает ваш детектор, а настоящий трек — это то, как ваш детектор работает на самом деле.

Следствие: (статистическая) разница между ними заключается в том, насколько мало вы на самом деле знаете о своем детекторе и алгоритме реконструкции.

Говоря более серьезно/положительно: в идеале расхождение между моделью MC и реальными измерениями можно использовать для калибровки/уточнения модели детектора для оценки фактической энергии/импульса частиц по восстановленной энергии/импульсу с минимальными статистическими ошибками. и, что еще более важно, с минимальным уклоном.