Innstilling Begrensninger på Supersymmetry Bruke forenklet modeller

Summary

Denne artikkelen viser en protokoll for recasting eksperimentelle forenklet modell grenser til konservative og aggressive begrensninger på en vilkårlig ny fysikkmodell. Offentlig tilgjengelige LHC eksperimentelle resultater kan omarbeides på denne måten inn begrensninger på nesten alle nye fysikkmodell med en supersymmetri-aktig signatur.

Abstract

Eksperimentelle grenser for supersymmetri og lignende teorier er vanskelig å sette på grunn av den enorme tilgjengelige parameter plass og vanskelig å generalisere på grunn av kompleksiteten i enkeltpunkter. Derfor er mer fenomenologiske, forenklede modeller blitt populært for å sette eksperimentelle grenser, som de har klarere fysiske tolkninger. Bruken av disse forenklede modell grenser for å angi en reell grense på betong teori har imidlertid ikke blitt demonstrert. Dette papiret recasts forenklet modell grenser inn begrensninger på en konkret og komplett supersymmetri modell, minimal supergravity. Grenser oppnådd under ulike fysiske forutsetninger er sammenlignbare med de som produseres av rettet søk. En resept er gitt for beregning av konservative og aggressive begrensninger på flere teorier. Ved hjelp av aksept og effektivitet bord sammen med de forventede og observerte antall hendelser i forskjellige signal regioner, kan LHC eksperimentelle resultater omarbeides i denne manner inn i nesten alle teoretiske rammeverk, inkludert nonsupersymmetric teorier med supersymmetri-lignende signaturer.

Introduction

En av de mest lovende utvidelser av Standardmodellen, supersymmetri (SUSY) ^1-14, er det sentrale fokus for mange søk ved LHC eksperimentene ved CERN. Dataene som samles inn i 2011 er allerede nok til å presse grensene for ny fysikk utover de av noen tidligere Collider ^15-22. Etter hvert som nye data kommer og unntakene blir skjøvet enda lenger, vil det bli stadig viktigere å kommunisere tydelig til fysikk samfunnet hva regioner av den omfattende supersymmetriske parameter plass har blitt ekskludert. Gjeldende grenseverdier er vanligvis satt på begrenset to-dimensjonale fly, som ofte ikke representerer den mangfoldige tilgjengelig SUSY parameter plass og er vanskelige å forstå som begrensninger på fysiske massene eller forgrening fraksjoner. Et stort sett med forenklede modeller ^{23, 24} har blitt foreslått for å hjelpe i forståelsen av disse grensene, og både ATLAS og CMS har gitt eksklusjons resultater for flere av disse modellene ^15-20.

Dette papiret demonstrerer anvendelsen av disse forenklede modell unntakene til en full ny fysikk modellen ved hjelp av eksempel på minimal supergravity (mSUGRA, også kjent som CMSSM) ^25-30. Denne modellen er valgt for å sammenligne de grensene som er satt ved hjelp av forenklede modeller til det som er publisert uavhengig av eksperimenter. Prosedyren er tilstrekkelig generell til å være utvides til noen ny fysikk modell (NPM). Siden dette er det første forsøket på å "lukke loop" og sette grenser for SUSY bruker forenklede modeller, er en rekke forutsetninger om anvendelsen av begrensninger på bestemte forenklede modeller utforsket, noe som resulterer i oppskrifter for å sette konservative og omfatter kraftige begrensninger på teorier som har ikke blitt undersøkt av LHC eksperimentene.

For å sette en grense i et NPM, er tre separate operasjoner som kreves. Først må NPM tas ned i sine bestanddeler stykker, skiller de ulike proDette skjer moduser og decay moduser for alle nye partikler i modellen. For det andre må velges et sett av forenklede modeller for å gjenskape de kinematikk og relevante hendelses topologies i NPM. For det tredje må de tilgjengelige grenser for disse forenklede modeller kan kombineres for å produsere rammer for NPM. Disse tre fremgangsmåter er beskrevet i protokollen. Noen ytterligere tilnærmelser blir også gitt som kan utvide anvendelsen av de allerede tilgjengelige forenklede modeller til et bredere spekter av hendelses topologier.

En komplett NPM vanligvis involverer mange produksjonsmåter og mange mulige påfølgende henfall. Dekonstruksjon av nye fysikkmodeller i sine komponenter og anvendelse av forenklet modell grenser til disse komponentene tillater bygging av en utelukkelse begrense direkte. For en hvilken som helst signalområde, kan de mest konservative grensen innstilles ved hjelp av produksjonsfraksjonen P _{(a, b)} (hvor a, b betegner den forenklede modellen spartikkel produksjonsmodus) av begivenheter som er identiske med en forenklet modell i og den forgrenede fraksjon for de produserte sparticles mot nedbrytning på den måte som er beskrevet ved den forenklede modellen †, BR _{en → i} x BR _{b → i.} Det forventede antall hendelser i et gitt signalområde er fjernet fra disse enkle topologier kan da skrives som

der summen er over forenklede modeller, er σ _tot den totale tverrsnittet for NPM punktet, er L _int den integrerte lyshet brukes i søket, og AE _{a, b → jeg} er aksept ganger effektivitet for de forenklede modellen hendelser i signal regionen blir vurdert. Dette tallet kan sammenlignes med den forventede 95% konfidensintervall øvre grense på antall nye fysikk hendelser to velge den optimale søkeregion. Modellen kan da utelates dersom N er større enn den observerte antall nye fysiske hendelser utelukket på 95% konfidensnivå. Unntakene i nonoverlapping regioner kan kombineres dersom informasjon om sammenhengene av sine usikkerheter er tilgjengelig. Hvis denne informasjonen ikke er tilgjengelig, kan den beste signal region eller analyse som gir best forventet grense brukes til å forsøke å utelukke modell.

For å konstruere betong grenser med denne fremgangsmåten, må Aε for forskjellige forenklede modeller være tilgjengelige ved LHC eksperimenter. Både CMS og ATLAS har publisert tall med Aε for flere modeller, og noen av tallene er tilgjengelig i HepData database ^31. For å demonstrere verdien av forlaget alle slike tabeller, mener vi det er viktig å gi betongrammer som er sammenlignbare med de som allerede er publisert. Derfor bruker vi (og describe i protokollen som et valgfritt trinn) en fast detektor simulering for å etterligne virkningen av ATLAS eller CMS detektor. Den Aε avledet fra Ganske god simulering (PGS) ³² er i forhold til det publisert av ATLAS i en forenklet modell nett i figur 1. Disse resultatene er tilstrekkelig nær hverandre (innen omtrent 25%) som, i stedet for å vente på at alle resultater å være offentlige, er Aε resultater for de gjenværende gittere utledet ved hjelp av PGS og anvendt direkte i resten av dette papiret. Ettersom antallet offentlig tilgjengelige forenklet modell Aε resultater vokser, hvis behovet for slike tilnærmelser bli betydelig redusert.

To konservative forutsetninger tillate inkluderingen av et større antall av produksjons-og forråtnelse modi i det ytterste. Den første er at for tilhørende produksjon av eksperimentelle Aε er minst like høy som Aε til det verre av to produksjonsmåter. Forinclusive søk, er dette vanligvis en god antagelse. Det minste forventet antall hendelser vil da være

hvor den første summen løper over alle produksjonsmåter, og bare de hvor a og b er nøyaktig de partikler fra den forenklede modellen inngår i ligning 1. Likeledes kan Aε for henfall med ulike ben antas å være minst like høy som den Aε til det verre av de to ben. Det vil si,

hvor diagrammer med forskjellige henfall på hver side har nå blitt inkludert.

Ytterligere to forutsetninger ville tillate innstillingen av stricter grenser. Man kan anta at den eksperimentelle Aε for alle produksjons moduser i teorien er lik den gjennomsnittlige Aε for produksjonsmoduser omfattet av forenklede modeller. I så fall kan det forventede antall hendelser i stedet bli skrevet som

hvor summene er begge over bare de produksjonsmåter som omfattes av forenklede modeller. Man kan videre anta at Aε for alle decay moduser i teorien er lik den gjennomsnittlige Aε for de hendelser som omfattes av den forenklede modellen topologier. Deretter forventet antall hendelser kan skrives som:

hvor agai summene kjører bare i løpet av de forenklede modeller. Åpenbart er den mest aggressive mSUGRA grense under denne forutsetningen, og en grense satt på denne måten risikerer å hevde utelukkelse for regioner som ikke ville, faktisk, utelukkes ved 95% konfidensintervall av en dedikert søk. Selv om nøyaktigheten av disse to tilnærminger kan være mistanke om inkluderende kinematikk av de forenklede modeller sammenligne gunstig til en komplett SUSY parameter plass punktet, kan de ikke være urimelig.

† Noen forenklede modeller som nå brukes ved LHC er tilknyttet produksjonen. Selv om det ikke eksplisitt diskutert her, kan ligningene bli trivielt utvides for å tillate dette tilfellet.

Protocol

En. Modell Dekonstruksjon Generere proton-proton kollisjon arrangementer som dekker et fly i parameterrommet til NPM. Enhver hendelse generator konfigurasjon som innbefatter en Parton dusj og hadronization modellen kan brukes. I tilfelle av mSUGRA for eksempel, er massespektra ble generert ved hjelp av Isasugra 33 og forgrenings fraksjoner og forråtnelse bredder blir beregnet ved hjelp av MSSMCalc 34.. For det tilfelle generering i seg selv, er MadGraph 5 1.3.9 34 med CTEQ 6L…

Representative Results

Etter å ha brukt modellen dekonstruksjon trinn til et punkt i parameterrommet mSUGRA, et sammenbrudd av produksjonen kan best visualisert ved å telle opp de ulike produksjons-og decay moduser for hver generert hendelsen og plotte de tilsvarende produksjonsrater og forgrening fraksjoner i henhold til relative frekvenser. Forgreningen fraksjoner for de forskjellige produksjons-og forråtnelse modi for representative mSUGRA punkter er illustrert i figurene 2 og 3. Et stort antall lignend…

Discussion

Anvendelsen av en forenklet modell grenser for å produsere en utelukkelse konturen i en fullstendig ny fysikkmodellen har blitt demonstrert. Til tross for den tilsynelatende komplekse mSUGRA parameter plass punkter, kinematikk kan godt gjengitt ved en kombinasjon av bare et lite antall av forenklede modeller. Den kinematiske avtalen er ytterligere forbedret når man ser innenfor et bestemt signal region, siden søkene hittil utført ved LHC har en tendens til å favorisere forenklet modell-lignende hendelses topologier…