文|海员老余
编辑|海员老余
前言
数据质量是获得可靠物理结果的保证，因此在BESIII数据采集过程中和数据采集完成之后要做仔细的数据质量检查，数据质量检查包括探测器性能检查，在线取数状态检查和离线重建、刻度和MC模拟软件的检查。
探测器性能检查包括检查探测器的击中信息角分布等等，在线取数状态检查包括检查触发系统，电子学刻度等等，离线检查主要是检查事例重建、刻度是否存在异常，MC模拟过程中是否存在bug。
这是通过比较数据和MC之间关于径迹的位置分辨、动量分辨、能量分辨、时间分辨、运动学拟合的χ2分布等信息的差异实现的，数据质量的检查首先是选择控制样本，要求所选的样本的既是高统计量的，又要比较纯净。
如果统计量太低，我们将无法判断各种分布的异常是统计涨落造成的还是其他原因，同样样本不纯，也很难判断分布异常的原因是本底污染造成的还是另有原因，本文介绍巴巴，双μ，单举强子及J/ψ→KsKπ控制样本的选取及各种控制样本要检查的内容。
巴巴、双μ和单举强子事例选择过程
模拟产生巴巴事例，质心系能量3.097GeV，即J/ψ的质心能量，巴巴过程是正负电子对撞过程中反应截面最大的过程，它的过程是正负电子对撞产生正负电子，两条电子的径迹是从对撞顶点飞出的。
正负电子对撞产生正负电子其实是有三个不同的反应过程，所以它的产生截面是非常大，其中正负电子直接散射的截面是最大的，而其他的非巴巴过程是正负电子产生了其他粒子，这样的过程都需要正负电子湮灭，导致反应截面降低。
巴巴主要的污染是双μ事例，双μ事例也有两条带电径迹满足背对背的条件，但是它总的能量沉积是很小的，所以可以根据能量沉积来区分巴巴事例和双μ事例。
其他的强子事例对它的污染不会很大，因为大部分强子事例不能满足巴巴事例的选择条件的，但是也还会有一定的污染，下表为巴巴的选择效率及双μ事例、单举强子事例对它的污染。
巴巴事例的夹角分布基本接近于180度，我们定的夹角大于170度基本没有损失效率，但是可以很大程度上压制强子事例的污染。
从图中可以看到，巴巴事例的能量分布和双μ事例的能量分布可以分开，所定的条件是总能量沉积大于1.15倍束流能量，这个条件很好的压制了双μ事例，并且对巴巴选择效率影响不大。
同时我们知道巴巴的反应截面远大于双μ的反应截面，所以它对巴巴事例的污染是可以忽略不计的，这样我们就选择出来了十分纯净的巴巴事例来，基本没有任何污染，我们可以用这个样本的一些分布来检测探测器的工作状态是否稳定与正常。
巴巴过程中容易发生辐射，但是两条径迹同时发生辐射的几率是很小的，所以对于动量高的径迹是基本没有辐射，其动量是一个单值分布，可以利用高动量径迹的信息来检查动量的分辨和能量的分辨，许多变量可以检查探测器的一些信息以及重建和刻度是否正常等等。
双μ选择条件及选择效率
模拟产生双μ事例，质心系能量3.097GeV，即J/ψ的质心能量，双μ过程是正负电子对撞过程中反应截面比较大的过程，它的过程是正负电子对撞产生正负缪子对的过程，两条缪子的径迹是从对撞顶点飞出的。
由于能动量守恒，对撞后产生的正负电子是背对背的飞出，但是巴巴的反应截面远大于双μ的反应截面，因此尽量减小巴巴事例对其的污染，由于μ子的穿透力特别强，所以它在量能器里边的总的能量沉积十分小，这样很有利于去除巴巴事例。
从双μ的分布图可以看到，所设定的选择条件是合理的，双μ事例两条径迹的夹角分布基本和巴巴两条径迹的夹角分布一致，所以定的条件仍然是170度，而R大于1也对选择效率影响不大，可以接受。
它主要作用在于排除巴巴事例污染、宇宙线事例污染和PP事例的污染，对于能量沉积的要求主要是去除巴巴事例的污染，双μ事例和巴巴事例是明显分开的，所以都不会影响效率，并且压制了相应的污染。
从表格中我们可以看到双μ事例的选择效率好于巴巴的选择效率，这是因为巴巴事例的角分布是向下凹的，而双μ事例的角度分布是向上凸的，由于探测器有一定的接收角度，在大角度是接收不到事例，所以双μ事例的选择效率要高于巴巴事例的选择效率是正常的。
但是巴巴有极少的事例可以通过双μ事例的选择，由于巴巴事例反应截面远大于双μ事例反应截面，极少的事例通过也是难以接受的。
这是由于目前的重建还没有很完善，致使巴巴事例的总的能量沉积向小值得方向拖了一个长尾巴，如果重建得更好巴巴事例会基本没有事例可以通过μ事例的选择条件的，最后得到双μ事例的选择效率是90%，效率是非常高的。
单举强子选择条件及选择效率
模拟产生单举强子样本，质心系能量3.097GeV，即J/ψ的质心能量，强子事例是在正负电子对撞通过虚光子湮灭过程产生的，同样的过程还可以产生轻子对事例（ee μμ ττ），事例选择的目标是高效选出好强子事例，同时尽可能地压低本底。
强子事例选择分为径迹级的选择和事例级的选择两步，一个事例的若干径迹中，满足一定要求的径迹称为好径迹，在不放进过多本底的情况下，径迹地选择条件尽量宽松，以免丢失好径迹。
事例级的选择主要从事例特征上压低本底，并根据好径迹数目的不同，分三条以上好径迹和两条好径迹两种情况分别处理，通过两级选择的事例被认为是强子事例。
从分布图可以看出事例选择条件基本是合理的，虽然选择的条件比较复杂，经过仔细研究还是能够选择出来纯净的单举强子事例样本。
从表格中看到单举强子事例的选择效率将近70%，巴巴事例和双μ事例的污染不大，由于现在没有数据只能模拟巴巴事例和双μ事例进行研究，对于宇宙线和束流带来的本底污染还不能模拟来研究。
只有等到数据下来才能进行系统的研究，所以其中的一些条件不能定准，有待于优化，应用以上的单举强子事例选择的样本可以用于数据质量的检测，检查探测器的稳定性，各个子探测器是否工作正常。
以由其信息来检测位置分辨、动量分辨、能量分辨、时间分辨以及各个子探测器的信息等等，TOF中Z向击中分布分别检查主漂移室的信息、量能器的信息以及飞行时间计数器的信息。
Kπ重建效率的检查
BESIII探测器在线取到的数据，要经过离线的重建过程才能进行物理分析，重建软件的好坏影响着物理分析的结果，重建软件要求高效率的重建出物理事例，并要求重建出来的信息是无偏差的。
在物理分析过程中，需要利用MC进行本底估计和效率修正，这就要求MC与数据的一致性，如果MC与数据是一致的则得到的结果是可靠的，误差也是比较小，如果MC和数据确实很难不一致，就要对效率进行修正，才能得到可信的物理结果。
选择的衰变道是J/ψ→KsKπ，计算衰变道的重建效率，并于单粒子的重建效率进行比较，如果效率一致说明我们选择事例的选择条件是合理的，从效率的数值上可以检查重建软件的性能。
MC模拟衰变道的事例，质心能量3.097GeV，即J/ψ的质心能量，MC模拟单粒子K动量范围是0—2.0GeV，角度:cosθ从+0.93到-0.93均匀分布，cosф0到1均匀分布。
单粒子的重建效率就是重建出来一条带电径迹的的事例数比上从MCTRUTH里读到的事例数，并且动量分段，从衰变道过来的K的效率的定义是：四个粒子都找到的事例数比上能够找到其他的三个粒子的事例数，也和单粒子一样按动量分段进行比较。
从分布图和得到的效率的对比图可以看出，从衰变道衰变过来的Kπ与单粒子Kπ的重建效率在误差允许范围内是一致的，两者之间的差别多小于2%，基本控制在1%范围之内，达到了预期的目的，预期要求是2%。
衰变道衰变过来的Kπ与单粒子Kπ的重建效率在误差允许范围内是一致的说明我们在选择衰变的Kπ所用的条件是合理的，同时我们选出来的衰变道的样本可以用于BESIII取数时候对数据质量的检测。
BESIII取到数据以后可以将单粒子换成数据来对比相应的重建效率的一致性，如果达到预期的要求可以认为MC和数据是一致，可以利用MC进行本底估计和效率修正等，如果和预期的相差甚远就要检查数据，或者检查MC以及重建程序是否有缺陷。
对ψ（2S）取数时数据质量检查研究
对ψ(2S)物理的研究是BES重要的研究方向之一，高质量的数据是获得可靠物理结果的前提，下面主要介绍ψ(2S)取数过程中如何利用物理衰变道作在线实时检测。
利用物理衰变道做在线数据质量监测，实际上就是对在线取得的数据经快速重建处理后，然后再对重建数据进行快速物理分析挑出一些衰变道样本得到某些特征明显的分布，人们通过把这些分布与正常分布作比较来判断目前的数据质量是否正常。
挑选物理衰变道样本有几个基本原则，第一要求样本满足高统计量，因为如果统计量不够人们无法判别某些分布的异常是统计涨落造成的还是另有其他原因，这一点就要求选择ψ(2S)衰变中分支比大的那些衰变道作为候选样本，其次要求选择的样本有较高的纯度。
一个数据样本中所有光子的能量分布称之为单举光子谱，由于ψ(2S)到P波三重态的第一级跃迁衰变ψ(2S)→γχc0,1,2是两体衰变，所以光子的能量是单一的，这三个道的光子能量分别是123、173和271MeV。
由于该跃迁衰变的分支比很大，三个道都接近10%，所以在ψ(2S)衰变末态的单举光子谱上，人们应当在上面所说的三个能量对应位置看到三个明显的峰，在做事例选择时首先扣除π0的贡献，方法是要求任两光子组合的不变质量不能落在π0的质量范围内。
下图显示了2M基于MC6.3.1版本所产生的单举ψ(2S)衰变样本经过选择后的单举光子谱，三个ψ(2S)一级跃迁衰变对应的峰位清晰可见，后面的小峰对应的是ψ(2S)二级跃迁衰变ψ(2S)→γχc1,2,χc1,2→γJ/ψ的光子贡献。
这里用MC产生的单举ψ(2S)衰变样本指的是ψ(2S)的主要衰变道按PDG上得分支比产生，其他琐碎的衰变模式按LUND模型产生，该样本能大致反映ψ(2S)的衰变行为，我们常用该样本来检查某个具体衰变道经过事例选择后本底的分布情况。
事例选择条件，首先是对各个道都普适的一般选择条件，然后针对不同衰变道的特殊选择条件，特殊选择条件是为了排除各个衰变道的交叉污染，由衰变道的高能光子和两个轻子组合的不变质量是一个χc1,2信号。
为了更加清楚的了解本底污染情况，主要是ψ(2S)→π0π0J/ψ，这里利用MC产生了10M的单举ψ(2S)样本进行了检验。
单举ψ(2S)样本是由MC产生的，里面所涉及的共振态都是按粒子表的结果输入的，从上图可以看出η，χc1,2的峰位基本上和粒子表一致，也就是说，在MC的水平上，输入和输出基本一致。
通过下图的对比可见BESIII结果明显好于BESII的结果，来自ψ(2S)→π0π0J/ψ污染大大降低，对η，χc1,2信号的污染几乎可以忽略不计。
由于χc1,2和η的本征宽度非常窄，所以拟合后得到的宽度基本就是探测器的分辨，最后得到ψ(2S)→γχc1ψ(2S)→γχc2χc12→γJ/ψ选择效率分别是35%35%，而ψ(2S)→ηJ/ψ，η→γγηJ/ψ对这条衰变道的污染率是0.02%。
ψ(2S)→ηJ/ψ，η→γγ选择效率分别是35%，ψ(2S)→γχc1ψ(2S)→γχc2χc12→γJ/ψ对这条衰变道的污染率分别是0.03%0.03%，ψ(2S)→π0π0J/ψ的污染对于每个衰变道的污染很小。
若只考虑其落在信号区的事例数则更是可以忽略不计的，综合上面的分析可以看出，我们得到的样本满足了高统计、高纯度的要求，所以这几个衰变道适合于用在在线数据质量检测。
笔者观点
笔者认为,通过检验不仅可以排除可能的误差来源，保证实验结果的可靠性，而且能够保证所得到的数据质量达到高标准，并产生有价值的科学结果，通过对数据的质量进行仔细检查，可以识别出这些问题，并采取相应的措施进行修正，确保实验结果的可靠性。
随着不断的深入研究确保实验结果的可靠性和准确性，可以为科学研究提供了坚实的基础，相信通过持续不断地改进数据质量检查的方法和技术，为未来的科学发现和探索打下坚实的基础。
参考文献
[1]章乃森.粒子物理学.科学出版社,1987.
[2]顾以藩,苑长征.粲夸克偶素物理实验研究新结果.物理,2001.
[3]辛波,苑长征,马凤才.BESⅡ物理分析中的多变量粒子鉴别方法.高能物理与核物理,2004.
[4]崔杰杰.BESⅢ低能光子探测效率的研究与离线数据质量检查.郑州大学,2014.
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