Fastsættelse af grænseværdier for Supersymmetri Brug simplificerede modeller

Summary

Dette papir demonstrerer en protokol til omarbejdning eksperimentelle forenklet model lofter i konservative og aggressive grænser for en vilkårlig ny fysik model. Offentligt tilgængelige LHC eksperimentelle resultater kan omarbejdes på denne måde i grænser for næsten enhver ny fysik model med en supersymmetri-lignende signatur.

Abstract

Eksperimentelle grænser for supersymmetri og lignende teorier er vanskelige at sætte på grund af den enorme tilgængelige parameter plads og vanskeligt at generalisere på grund af kompleksiteten af ​​enkelte punkter. Derfor er mere fænomenologiske, forenklede modeller ved at blive populært for indstilling eksperimentelle grænser, da de har klarere fysiske fortolkninger. Anvendelsen af ​​disse forenklede model grænser at sætte en fast grænse for en konkret teori er imidlertid ikke blevet påvist. Dette papir omarbejdning af forenklet model lofter i grænser for en specifik og fuldstændig supersymmetri model, minimal supergravitation. Grænser opnået under forskellige fysiske forudsætninger er sammenlignelige med dem frembragt af rettet søgninger. En recept er fastsat til beregning af konservative og aggressive grænser for yderligere teorier. Brug accept og effektivitet borde sammen med de forventede og observerede antal arrangementer i forskellige signal regioner kan LHC eksperimentelle resultater omarbejdes i denne manner i næsten alle teoretisk ramme, herunder nonsupersymmetric teorier med supersymmetri-lignende signaturer.

Introduction

Et af de mest lovende udvidelser af Standardmodellen, supersymmetri (SUSY) ^1-14, er det centrale fokus for mange søgninger ved LHC eksperimenterne på CERN. De indsamlede i 2011 data allerede tilstrækkelige til at skubbe grænserne for nye fysik udover de tidligere Collider ^15-22. Som nye data ankommer og udelukkelser er skubbet endnu længere, vil det blive mere og mere vigtigt klart at meddele fysik samfund hvilke områder af den omfattende supersymmetriske parameter rummet er blevet udelukket. Aktuelle grænser er typisk sat på begrænsede todimensionale fly, som ofte ikke repræsenterer de forskellige tilgængelige SUSY parameter plads og er vanskelige at forstå, som grænser for fysiske masser eller forgrenede fraktioner. Et stort sæt af forenklede modeller ^{23, 24} er blevet foreslået for medvirken i forståelsen af disse grænser, og både ATLAS og CMS har givet udelukkelses resultater for flere af disse modeller ^15-20.

Dette papir demonstrerer anvendelsen af disse forenklede model udelukkelser til en fuld ny fysik model ved hjælp af eksemplet med den minimale supergravitation (MSUGRA, også kendt som CMSSM) ^25-30. Denne model er valgt for at kunne sammenligne de grænser, der ved hjælp af forenklede modeller til dem, der offentliggøres uafhængigt af de eksperimenter. Proceduren er tilstrækkelig generel til at kunne udvides til en ny fysik model (NPM). Da dette er det første forsøg på at "lukke loop", og sætte grænser for SUSY anvender forenklede modeller, er udforsket en række antagelser om anvendeligheden af ​​begrænsninger på bestemte forenklede modeller, hvilket resulterer i opskrifter til indstilling konservative og aggressive grænser på teorier, der har ikke blevet undersøgt af LHC eksperimenter.

For at sætte en grænse i et NPM er tre separate operationer krævede. For det første skal NPM dekonstrueres i dets stykker, der adskiller de forskellige produIndsatsen modes og forfald tilstande for alle nye partikler i modellen. For det andet skal et sæt forenklede modeller vælges til at genskabe kinematik og relevante event topologier i NPM. For det tredje skal de tilgængelige grænser for disse forenklede modeller kombineres for at producere grænser for NPM. Disse tre procedurer er beskrevet i protokollen. Nogle yderligere tilnærmelser er også der kan udvide anvendeligheden af ​​de allerede tilgængelige forenklede modeller til en bredere vifte af arrangementer topologier.

En komplet NPM involverer typisk mange produktions-modes og mange mulige efterfølgende henfald. Den dekonstruktion af nye fysik-modeller til deres bestanddele, og anvendelsen af ​​forenklede model grænser for disse elementer giver mulighed for opførelse af en udelukkelse begrænser direkte. For ethvert signal region, kan de mest konservative grænse indstilles ved hjælp af fraktionen produktion P _{(a, b)} (hvor a, b repræsenterer den forenklede model spaArtikel produktion tilstand) af arrangementer er identiske med en forenklet model I og forgrening fraktion for de producerede sparticles til forfald på den måde, der er beskrevet af den forenklede model †, BR _{en → i} x BR _{B → jeg.} Det forventede antal hændelser i et givet signal region fra disse enkle topologier kan derefter skrives som

hvor summen er over forenklede modeller, σ _tot er det samlede tværsnit for NPM punkt L _int er den integrerede lysstyrke bruges i søgningen, og AE _{a, b → jeg} er accept gange effektivitet for de forenklede model begivenheder i signal region under overvejelse. Dette nummer kan i forhold til den forventede 95% konfidensniveau øvre grænse for antallet af nye fysik begivenheder to vælge den optimale søgning regionen. Modellen kan derefter udelukkes, hvis N er større end det observerede antal nye fysik begivenheder udelukket ved et konfidensniveau på 95%. Udelukkelser i nonoverlapping regioner kan kombineres, hvis oplysninger om korrelationer deres usikkerheder er til rådighed. Hvis disse oplysninger ikke er tilgængelig, kan det bedste signal region eller analyse, der giver den bedste forventede grænse bruges til at forsøge at udelukke modellen.

For at konstruere konkrete grænser med denne metode, skal den Aε forskellige forenklede modeller stilles til rådighed af LHC eksperimenter. Både CMS og ATLAS har offentliggjort tallene med Aε for flere modeller, og et par af tallene er tilgængelige i HepData databasen ^31. For at demonstrere værdien af ​​at offentliggøre alle sådanne tabeller, føler vi, det er vigtigt at give konkrete grænser, som er sammenlignelige med dem, der allerede er offentliggjort. Derfor bruger vi (og describe i protokollen som et valgfrit trin) en hurtig detektor simulation til at efterligne effekten af ​​ATLAS eller CMS-detektor. Den Aε afledt af Pretty Good Simulation (PGS) ³² er i forhold til det udgivet af ATLAS i en forenklet model gitter i figur 1. Disse resultater er tilstrækkeligt tæt på hinanden (inden for ca 25%), at i stedet for at vente på alle resultater for at være offentlig, er Aε resultaterne for de resterende net udledt ved hjælp af PGS og anvendes direkte i resten af dette papir. Da antallet af offentligt tilgængelige forenklet model Aε resultater vokser, bør behovet for sådanne tilnærmelser blive reduceret betydeligt.

To konservative antagelser tillader optagelse af et større antal af produktions-og henfald tilstande i grænsen. Den første er, at efter tilhørende produktion den eksperimentelle Aε er mindst lige så højt som det Aε til det værre af de to produktionsanlæg tilstande. Forinclusive søgninger, det er generelt en god antagelse. Antallet af hændelser forventede mindste ville så være

hvor den første sum løber over alle produktionsprocesser modes, og kun dem, hvor a og b er præcis de partikler fra den forenklede model er inkluderet i ligning 1. Tilsvarende kan Aε for henfald med forskellige ben formodes at være mindst lige så høj som den Aε til det værre af de to ben. Det vil sige,

hvor diagrammer med forskellige henfald på hver side er nu blevet inkluderet.

To yderligere antagelser ville tillade indstilling af stricter grænser. Man kan antage, at den eksperimentelle Aε for alle produktions-modes i teorien svarer til den gennemsnitlige Aε til produktionsområderne tilstande er omfattet af forenklede modeller. I dette tilfælde kan det forventede antal hændelser i stedet skrives som

hvor de beløb, er begge over kun de produktions-tilstande er omfattet af forenklede modeller. Man kunne endvidere antager, at Aε for alle henfald tilstande i teorien svarer til den gennemsnitlige Aε for disse begivenheder, som er omfattet af de forenklede model topologier. Så det forventede antal hændelser kan skrives som:

hvor agai de beløb, der kun kører i løbet af de forenklede modeller. Det er klart, er den mest aggressive MSUGRA grænse i henhold til denne antagelse, og et loft fastsat i denne måde risikerer hævder udelukkelse for regioner, der ikke ville i virkeligheden være udelukket ved et konfidensniveau på 95% af en dedikeret søgning. Selv om nøjagtigheden af ​​disse to approksimationer kan være mistænkt, hvis inclusive event kinematik de forenklede modeller sammenligne positivt til en komplet SUSY parameterrum punkt, kan de ikke være urimelig.

† Nogle forenklede modeller, nu bruges ved LHC omfatte tilhørende produktion. Selvom det ikke er udtrykkeligt omtalt her, kan ligningerne blive trivielt udvides for at muliggøre denne sag.

Protocol

1.. Model Dekonstruktion Generer proton-proton kollision begivenheder, der dækker et fly i parameter rummet af NPM. Enhver hændelse generator konfiguration, der omfatter en Parton bruser og hadronization model kan anvendes. I tilfælde af MSUGRA for eksempel er massespektre genereres ved hjælp Isasugra 33, og de ​​forgrenende fraktioner og henfald bredder beregnes ved MSSMCalc 34. For begivenheden generation selv, er MadGraph 5 1.3.9 34 med CTEQ 6L1 parton tæthedsfunkt…

Representative Results

Efter at have anvendt den model dekonstruktion skridt til et punkt i parameteren rum MSUGRA, en opdeling af output kan bedst visualiseres ved at tælle op af de forskellige produktions-og henfald tilstande for hver genereret begivenhed og plotte de tilsvarende produktion satser og forgrening fraktioner i henhold til den relative frekvenser. Forgreningsforholdene fraktioner for de forskellige produktions-og decay modes for repræsentative MSUGRA punkter er illustreret i figur 2 og 3.. Et…

Discussion

Anvendelsen af ​​forenklede model grænser til at producere en udelukkelse kontur i en helt ny fysik model er blevet demonstreret. Trods den tilsyneladende kompleksitet MSUGRA parameter space point kinematik kan godt gengives ved en kombination af kun et lille antal af forenklede modeller. Den kinematiske aftale er yderligere forbedret, når man ser inden for en bestemt signal region, da de søgninger hidtil udført ved LHC tendens til at favorisere forenklet model-lignende event topologier med et (relativt) lille a…