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Reweighting simulated events using machine-learning techniques in the CMS experiment

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Report No.: CERN-EP-2024-269; CMS-MLG-24-001; arXiv:2411.03023

Abstract: Data analyses in particle physics rely on an accurate simulation of particle collisions and a detailed simulation of detector effects to extract physics knowledge from the recorded data. Event generators together with a GEANT-based simulation of the detectors are used to produce large samples of simulated events for analysis by the LHC experiments. These simulations come at a high computational cost, where the detector simulation and reconstruction algorithms have the largest CPU demands. This article describes how machine-learning (ML) techniques are used to reweight simulated samples obtained with a given set of model parameters to samples with different parameters or samples obtained from entirely different models. The ML reweighting method avoids the need for simulating the detector response multiple times by incorporating the relevant information in a single sample through event weights. Results are presented for reweighting to model variations and higher-order calculations in simulated top quark pair production at the LHC. This ML-based reweighting is an important element of the future computing model of the CMS experiment and will facilitate precision measurements at the High-Luminosity LHC.


Note: Submitted to Computing and Software for Big Science. All figures and tables can be found at http://cms-results.web.cern.ch/cms-results/public-results/publications/MLG-24-001 (CMS Public Pages)

Contributing Institute(s):
  1. LHC/CMS Experiment (CMS)
Research Program(s):
  1. 611 - Fundamental Particles and Forces (POF4-611) (POF4-611)
  2. DFG project G:(GEPRIS)390833306 - EXC 2121: Quantum Universe (390833306) (390833306)
  3. HIDSS-0002 - DASHH: Data Science in Hamburg - Helmholtz Graduate School for the Structure of Matter (2019_IVF-HIDSS-0002) (2019_IVF-HIDSS-0002)
  4. GRK 2497 - GRK 2497: Physik der schwersten Teilchen am Large Hadron Collider (400140256) (400140256)
Experiment(s):
  1. LHC: CMS

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