Grenzen stellen op Supersymmetry behulp vereenvoudigd Modellen

Summary

Deze paper toont een protocol voor herschikking experimentele vereenvoudigd model maxima in conservatieve en agressieve beperkingen op een willekeurige nieuwe fysica model. Publiek beschikbare LHC experimentele resultaten kunnen worden herschikt op deze manier naar limieten op bijna elke nieuwe fysica model met een supersymmetrie-achtige handtekening.

Abstract

Experimentele grenzen supersymmetrie en dergelijke theorieën zijn moeilijk om door de enorme beschikbare parameterruimte en moeilijk te generaliseren vanwege de complexiteit van centrale. Daarom zijn meer fenomenologische, vereenvoudigde modellen steeds populairder voor het instellen van experimentele grenzen, omdat ze duidelijker fysieke interpretaties. Het gebruik van deze vereenvoudigde model grenzen voor een echte limiet op een betonnen theorie echter niet aangetoond. Deze paper herschikking vereenvoudigd model grenzen naar limieten op een specifieke en volledige supersymmetrie model, minimaal supergravity. Grenzen verkregen onder verschillende fysieke aannames zijn vergelijkbaar met die welke door gerichte zoekacties. Een recept wordt verstrekt voor de berekening van conservatieve en agressieve beperkingen op aanvullende theorieën. Met behulp van acceptatie en efficiëntie tafels, samen met de verwachte en waargenomen aantallen events in verschillende signaal gebieden, kan LHC experimentele resultaten worden herschikt in deze manner in bijna elke theoretisch kader, met inbegrip van nonsupersymmetric theorieën met supersymmetrie-achtige handtekeningen.

Introduction

Een van de meest veelbelovende uitbreidingen van het Standaard Model, supersymmetrie (SUSY) ^1-14, is de centrale focus van veel zoekopdrachten door de LHC-experimenten bij CERN. De in 2011 verzamelde gegevens zijn al voldoende om de grenzen van de nieuwe fysica voorbij die van een vorige versneller ^15-22 duwen. Nieuwe gegevens komen en de uitsluitingen zijn nog steeds verder wordt ingedrukt, wordt het steeds belangrijker om duidelijk te communiceren naar de natuurkundige gemeenschap wat regio's van de uitgebreide supersymmetrische parameter ruimte zijn uitgesloten zijn. Huidige grenzen zijn meestal ingesteld op beperkte tweedimensionale vlakken, die vaak niet die van de diverse beschikbare SUSY parameter ruimte in en zijn moeilijk te begrijpen als beperkingen op de fysieke massa's of vertakking fracties. Een grote verzameling van vereenvoudigde modellen ^23, zijn ²⁴ voorgesteld voor het helpen in het begrijpen van deze grenzen, en zowel ATLAS en CMS hebben resultaten bedoelde uitsluiting voor een aantal van deze modellen ^15-20.

Deze paper toont de toepassing van deze vereenvoudigde model uitsluitingen om een volledig nieuwe fysica model met behulp van het voorbeeld van de minimale superzwaartekracht (mSUGRA, ook bekend als de CMSSM) ^25-30. Dit model wordt gekozen om het instellen van vereenvoudigde modellen die zelfstandig experimenten gepubliceerde grenzen vergelijken. De procedure is voldoende algemeen uit te breiden tot alle nieuwe physics-model (NPM) te zijn. Aangezien dit de eerste poging om "sluiten van de cirkel" en grenzen stellen aan SUSY gebruik van vereenvoudigde modellen, een aantal aannames over de toepasbaarheid van beperkingen op bepaalde vereenvoudigde modellen worden onderzocht, wat resulteert in recepten voor het instellen van conservatieve en agressieve beperkingen op theorieën die hebben niet onderzocht door de LHC-experimenten.

Voor het instellen van een limiet in een NPM, worden drie afzonderlijke operaties nodig. Ten eerste moet de NPM worden ontleed in zijn samenstellende delen scheiden van de verschillende producentenctie modes en verval modi voor alle nieuwe deeltjes in het model. Ten tweede moet een set van vereenvoudigde modellen worden gekozen om de kinematica en relevante gebeurtenis topologieën in de NPM recreëren. Ten derde moet de beperkingen mogelijk op deze vereenvoudigde modellen worden gecombineerd om grenzen aan de NPM produceren. Deze drie worden beschreven in het protocol. Enkele aanvullende benaderingen zijn ook voorzien dat de toepasselijkheid van de reeds beschikbare vereenvoudigde modellen kunnen uitbreiden naar een breder scala van het evenement topologieën.

Een complete NPM gaat meestal veel productie en veel andere eventuele latere verval. De deconstructie van nieuwe fysica modellen in hun componenten en de toepassing van vereenvoudigde model grenzen aan die onderdelen maakt de bouw van een uitsluiting te beperken direct. Voor elk signaal regio, kan de meest conservatieve limiet worden ingesteld met de productie fractie P _{(a, b)} (waarbij a, b vertegenwoordigt het vereenvoudigd model spaArtikel productiewijze) gebeurtenissen gelijk een vereenvoudigd model i en de vertakking fractie van de geproduceerde sparticles rotten op de beschreven wijze de vereenvoudigde model †, BR _{a → i} x BR _{b → i.} Het verwachte aantal gebeurtenissen in een bepaalde signaalgebied van deze eenvoudige topologieën kan dan worden geschreven als

waarbij de som is meer dan vereenvoudigde modellen, σ _tot de totale doorsnede van de NPM punt, L _int is de geïntegreerde lichtkracht gebruikt bij het ​​zoeken, en AE _{a, b → i} is de acceptatie tijden efficiëntie voor het vereenvoudigde model gebeurtenissen in de signaalgebied overwogen. Dit aantal kan worden vergeleken met de verwachte betrouwbaarheidsniveau van 95% bovengrens aan het aantal nieuwe fysica gebeurtenissen to selecteert de optimale zoekgebied. Het model kan dan worden uitgesloten als N groter is dan de waargenomen aantal nieuwe fysica gebeurtenissen uitgesloten bij het ​​betrouwbaarheidsniveau van 95%. Uitsluitingen in niet-overlappende gebieden kunnen worden gecombineerd indien informatie over de correlaties van hun onzekerheden is beschikbaar. Als deze informatie niet beschikbaar is, kan het beste signaal regio of analyse die de beste verwachte limiet biedt worden gebruikt om te proberen om het model uit te sluiten.

Als concrete grenzen met deze werkwijze te construeren, moet de Aε diverse vereenvoudigde modellen worden door de LHC experimenten. Zowel CMS en ATLAS zijn figuren met de Aε gepubliceerd voor verschillende modellen, en een paar van de cijfers zijn beschikbaar in de HepData databank ^31. Om de waarde van het publiceren van al deze tabellen tonen, vinden wij het belangrijk om concrete grenzen die vergelijkbaar zijn met de reeds gepubliceerde bieden. Daarom gebruiken wij (en describe in het protocol als een optionele stap) een snelle detector simulatie om het effect van de ATLAS en CMS detector emuleren. De Aε afgeleid van de Pretty Good Simulation (PGS) ³² wordt vergeleken met die gepubliceerd door ATLAS in een vereenvoudigd model rooster in figuur 1. Deze resultaten voldoende dicht bij elkaar liggen (binnen ongeveer 25%) dat niet te wachten totdat alle resultaten publiek, Aε resultaten voor de overige roosters zijn verkregen door PGS en direct in de rest van dit document. Aangezien het aantal openbare vereenvoudigd model Aε resultaten groeit, moet de behoefte aan dergelijke benaderingen aanzienlijk worden verminderd.

Twee conservatieve veronderstellingen kan de opneming van een groter aantal productie en verval modi de grens. De eerste is dat voor bijbehorende productie de experimentele Aε minstens even hoog zijn als de Aε ten kwade van de twee productie-modi. Voorinclusive zoekopdrachten, dit is over het algemeen een goede aanname. Het minimaal verwachte aantal gebeurtenissen zouden dan

waarbij de eerste som loopt over alle productiewijzen en alleen wanneer a en b zijn precies deze deeltjes uit de vereenvoudigd model zijn in vergelijking 1. Op dezelfde manier kan de Aε voor verval met verschillende poten worden aangenomen ten minste even hoog zijn als de Aε te zijn voor het slechtste van de twee benen. Dat is,

waar diagrammen met verschillende verval aan weerszijden zijn inmiddels opgenomen.

Twee andere aannames zou de instelling van str toestaanicter grenzen. Men kan aannemen dat de experimentele Aε alle productiewijzen in theorie gelijk aan de gemiddelde Aε voor de productiewijzen onder vereenvoudigde modellen. In dat geval kan het verwachte aantal gebeurtenissen plaats worden geschreven als

waar de bedragen zijn beide meer dan alleen de productie-modi die onder vereenvoudigde modellen. Men zou verder aannemen dat de Aε alle verval modi in theorie gelijk aan de gemiddelde Aε voor die gebeurtenissen die onder de vereenvoudigde model topologieën. Toen het verwachte aantal gebeurtenissen kunnen worden geschreven als:

waar again de aanloop alleen over de vereenvoudigde modellen bedragen. Het is duidelijk dat de meest agressieve mSUGRA limiet uit hoofde van deze aanname, en een limiet instellen op deze manier risico's beweren uitsluiting voor regio's die niet, in feite, worden bij de betrouwbaarheid van 95% door een dedicated search uitgesloten. Hoewel de nauwkeurigheid van deze twee benaderingen verdachte zou kunnen worden, als de inclusieve evenement kinematica van de vereenvoudigde modellen zijn gunstig in vergelijking tot een complete SUSY parameter ruimte punt, ze mogen niet onredelijk zijn.

† Sommige vereenvoudigde modellen nu gebruikt bij de LHC onder andere bijbehorende productie. Hoewel hier niet expliciet besproken, kunnen de vergelijkingen triviaal worden uitgebreid om voor dit geval.

Protocol

1. Model Deconstruction Genereer proton-proton botsing gebeurtenissen die een vliegtuig in de parameter ruimte van het NPM. Elke gebeurtenis generator configuratie die een parton douche en hadronization model omvat kan worden gebruikt. Bij mSUGRA bijvoorbeeld, worden de massaspectra opgewekt met Isasugra 33 en de vertakking fracties en verval breedtes worden berekend met MSSMCalc 34. Voor het geval generatie zelf, wordt MadGraph 5 1.3.9 34 met CTEQ 6L1 parton dichtheidsfunctie…

Representative Results

Hebben toegepast het model deconstructie stap naar een punt in de parameter ruimte van mSUGRA, een uitsplitsing van de output kan het best worden gevisualiseerd door het tellen van de verschillende productie-en verval modi voor elke gegenereerde evenement en het uitzetten van de desbetreffende productie tarieven en vertakking fracties volgens de relatieve frequenties. De vertakking fracties van de verschillende productie-en verval modi voor representatieve mSUGRA punten zijn geïllustreerd in figuren 2 …

Discussion

De toepassing van vereenvoudigde model grenzen aan een uitsluiting contour te produceren in een compleet nieuwe fysica model is aangetoond. Ondanks de schijnbare complexiteit van mSUGRA parameterruimte punten, de kinematica worden goed gereproduceerd door een combinatie van slechts een beperkt aantal vereenvoudigde modellen. De kinematische overeenkomst wordt verder verbeterd bij het ​​zoeken binnen een bepaald signaal regio, omdat het tot nu toe uitgevoerd bij de LHC zoekopdrachten vaak vereenvoudigd model-achtig e…