وضع حدود على التناظر الفائق باستخدام نماذج المبسطة

Summary

يوضح هذه الورقة بروتوكول لإعادة صياغة حدود نموذج مبسط التجريبية في حدود المحافظة والعدوانية على التعسفي نموذج الفيزياء الجديدة. النتائج LHC متاحة للجمهور التجريبية يمكن إعادة صياغة بهذه الطريقة في حدود تقريبا على أي نموذج الفيزياء الجديدة مع توقيع مثل التناظر الفائق.

Abstract

حدود التجريبية على التناظر الفائق ونظريات مماثلة يصعب تعيين بسبب المساحة المتاحة المعلمة هائلة ويصعب التعميم بسبب تعقيد نقطة واحدة. وبالتالي، أكثر الظواهر، ونماذج مبسطة أصبحت شعبية لوضع حدود التجريبية، كما لديهم تفسيرات المادية أكثر وضوحا. لم، ومع ذلك، ثبت استخدام هذه الحدود نموذج مبسط لوضع حد حقيقي على نظرية ملموسة. يعيد صب هذه الورقة حدود نموذج مبسط في حدود على نموذج الفائق محددة وكاملة، والحد الأدنى بارامغناطيسية فائقة. حدود التي تم الحصول عليها في إطار مختلف الافتراضات المادية هي مماثلة لتلك التي تنتجها عمليات البحث الموجهة. ويرد صفة طبية لحساب حدود المحافظة والعدوانية على نظريات إضافية. باستخدام القبول والكفاءة الجداول جنبا إلى جنب مع الأعداد المتوقعة، ولاحظ من الأحداث في مناطق إشارة مختلفة، يمكن إعادة صياغة النتائج التجريبية LHC في هذا أماهnner في أي الإطار النظري تقريبا، بما في ذلك النظريات nonsupersymmetric مع التوقيعات مثل التناظر الفائق.

Introduction

أحد ملحقات الواعدة من النموذج القياسي، التناظر الفائق (SUSY) ^1-14، هو البؤرة المركزية للعديد من عمليات البحث من خلال التجارب LHC في سيرن. البيانات التي تم جمعها في عام 2011 هي بالفعل كافية لدفع حدود الفيزياء الجديدة ما هو أبعد من أي المصادم السابق ^15-22. مع وصول بيانات جديدة ويتم دفع تزال أبعد الاستثناءات، سيكون من المهم على نحو متزايد على التواصل بوضوح إلى المجتمع ما الفيزياء مناطق واسعة الفضاء المعلمة فائق تم استبعادها. عادة ما يتم تعيين الحدود الحالية مقيدة على الطائرات ثنائية الأبعاد، والتي في كثير من الأحيان لا تمثل المتنوعة المتاحة SUSY الفضاء المعلمة ويصعب فهمها على النحو قيود على الجماهير المادية أو الكسور المتفرعة. وهناك مجموعة كبيرة من نماذج مبسطة ^23، تم اقتراح ²⁴ للمساعدة في فهم هذه الحدود، وقدمت كل من ATLAS و CMS نتائج الاستبعاد للعديد من هذه النماذج ^15-20.

يوضح هذه الورقة تطبيق هذه الاستثناءات نموذج مبسط لكامل نموذج الفيزياء الجديدة باستخدام المثال من بارامغناطيسية فائقة الحد الأدنى (MSUGRA، والمعروف أيضا باسم CMSSM) ^25-30. يتم اختيار هذا النموذج من أجل مقارنة حدود تعيين باستخدام نماذج مبسطة لتلك التي نشرت بشكل مستقل من قبل التجارب. هذا الإجراء هو عام بما فيه الكفاية لتكون قابلة للتمديد إلى أي نموذج الفيزياء الجديدة (NPM). لأن هذا يمثل أول محاولة ل"إغلاق حلقة" ووضع قيود على SUSY باستخدام نماذج مبسطة، يتم استكشاف عدد من الافتراضات حول مدى انطباق حدود على وجه الخصوص نماذج مبسطة، مما أدى إلى وصفات لوضع حدود المحافظة والعدوانية على النظريات التي لديها لم يتم فحصها من قبل تجارب المصادم.

لوضع حد في الآلية الوقائية الوطنية، هناك حاجة إلى ثلاث عمليات منفصلة. أولا، لا بد من تفكيكه إلى أجزاء الآلية الوقائية الوطنية المكونة لها، التي تفصل بين مختلف الم Ùوسائط كشن وسائط تسوس لجميع جزيئات جديدة في النموذج. ثانيا، يجب أن يتم اختيار مجموعة من نماذج مبسطة لإعادة الحركيات وطبولوجيا الحدث ذات الصلة في الآلية الوقائية الوطنية. الثالث، حدود متاح في هذه النماذج المبسطة يجب أن تكون مجتمعة من أجل إنتاج قيود على الآلية الوقائية الوطنية. يتم وصف هذه الإجراءات الثلاثة في البروتوكول. وتقدم بعض تقريبية إضافية أيضا التي قد توسيع انطباق نماذج مبسطة بالفعل متاحة لنطاق أوسع من طبولوجيا الحدث.

ويتضمن كاملة NPM عادة العديد من وسائل الإنتاج والعديد من يضمحل اللاحقة ممكن. والتفكيكية نماذج جديدة في الفيزياء مكوناتها وتطبيق حدود نموذج مبسط لتلك المكونات يسمح ببناء استثناء لحد مباشرة. للإشارة أي منطقة، يمكن تعيين الحد الأكثر تحفظا باستخدام جزء P إنتاج _{(أ، ب)} (حيث يمثل أ، ب السبا نموذج مبسطوضع الإنتاج rticle) للأحداث مطابقة لنموذج مبسط ط وجزء المتفرعة للsparticles المنتجة للتسوس بالطريقة التي وصفها نموذج † مبسطة، BR _{ل→ ط} س _ب BR _{→ ط.} ويمكن بعد ذلك أن يكتب العدد المتوقع للأحداث في منطقة إشارة معينة من هذه طبولوجيا البساطة

حيث المبلغ هو أكثر نماذج مبسطة، σ _طفل هو مجموع المقطع العرضي للنقطة الآلية الوقائية الوطنية، L _{كثافة العمليات} هو لمعان المتكاملة المستخدمة في البحث، وAE _{أ، ب ط →} هو قبول مرات الكفاءة للأحداث نموذج مبسط في إشارة المنطقة التي يجري النظر فيها. ويمكن مقارنة هذا العدد إلى حد مستوى ثقة 95٪ العلوية المتوقعة على عدد من الأحداث الجديدة الفيزياء رس تحديد المنطقة البحث الأمثل. ويمكن بعد ذلك نموذج استبعادها إذا N هو أكبر من عدد لوحظ من الأحداث الفيزياء الجديدة مستبعدة على مستوى ثقة 95٪. الاستثناءات في المناطق غير المتداخلة قد تكون مجتمعة، إذا كانت المعلومات حول الارتباطات من الشكوك بهم هو متاح. إذا كانت هذه المعلومات غير متوفرة، وأفضل منطقة إشارة أو التحليل أن توفر الحد أفضل من المتوقع يمكن استخدامها لمحاولة استبعاد النموذج.

من أجل بناء حدود ملموسة مع هذا الأسلوب، يجب أن يتم في Aε لمختلف نماذج مبسطة متاحة من قبل التجارب المصادم. وقد نشرت كل من CMS وATLAS الأرقام مع Aε لعدة نماذج، وعدد قليل من الأرقام المتوفرة في قاعدة بيانات HepData ^31. من أجل إظهار قيمة نشر جميع هذه الجداول، فإننا نرى أنه من المهم لتوفير حدود الملموسة التي هي مماثلة لتلك التي سبق نشرها. لذا فإننا نستخدم (وdescribه في البروتوكول باعتباره خطوة اختيارية) محاكاة كاشف سريع لمحاكاة تأثير ATLAS أو كاشف CMS. وAε المستمدة من محاكاة جميلة جيد مقارنة (PGS) ³² إلى أن نشرته ATLAS في شبكة نموذج مبسط في الشكل 1. هذه النتائج قريبة بما فيه الكفاية لبعضها البعض (داخل ما يقرب من 25٪) أنه بدلا من الانتظار لجميع النتائج إلى أن تكون علنية، وتستمد نتائج Aε لشبكات المتبقية باستخدام PGS واستخدامها مباشرة في ما تبقى من هذه الورقة. حيث بلغ عدد متاحة للجمهور نموذج مبسط نتائج Aε ينمو، ينبغي خفض كبير في الحاجة إلى مثل هذه تقريبية.

اثنين من افتراضات متحفظة تسمح بإدراج عدد أكبر من وسائط الإنتاج والاضمحلال في الحد. الأول هو أن للإنتاج يرتبط Aε التجريبية على الأقل بما يصل الى وAε للأسوأ من أوضاع إنتاج اثنين. إلىالبحث الشامل، وهذا عموما هو افتراض جيدة. سيكون الحد الأدنى المتوقع لعدد من الأحداث ثم تكون

حيث يدير مجموع الاول على جميع وسائل الإنتاج، ويتم تضمين فقط تلك حيث a و b هي بالضبط تلك الجسيمات من نموذج مبسط في المعادلة 1. وبالمثل، فإن Aε ليضمحل مع مختلف الساقين يمكن أن يفترض أن تكون على الأقل بنفس مستوى Aε للأسوأ من ساقيه. وهذا هو،

حيث تم الآن تضمين المخططات مع يضمحل مختلفة على جانبي.

سوف افتراضين مزيد تسمح الإعداد من شارعحدود icter. يمكن للمرء أن يفترض أن Aε التجريبية لجميع وسائل الإنتاج في نظرية مشابهة لمتوسط ​​Aε للأوضاع الإنتاج من خلال نماذج مبسطة تغطيتها. في هذه الحالة، يمكن بدلا من ذلك أن يكتب العدد المتوقع للأحداث كما

حيث المبالغ أكثر من فقط تلك سائط الإنتاج من خلال نماذج مبسطة غطت على السواء. واحدة أخرى قد تفترض أن Aε لجميع وسائل تسوس في نظرية مشابهة لمتوسط ​​Aε لتلك الأحداث من قبل طبولوجيا نموذج مبسط مغطاة. ثم قد تتم كتابة العدد المتوقع من الأحداث على النحو التالي:

حيث الآغافي المبالغ تشغيل فقط على نماذج مبسطة. بوضوح، يتم توفير الحد MSUGRA الأكثر عدوانية في إطار هذا الافتراض، والحد المعين بهذه الطريقة خطر الاستبعاد مدعيا للمناطق التي لا، في الواقع، أن تستبعد عند مستوى الثقة 95٪ بحلول بحث مخصص. على الرغم من دقة هذه تقريبية اثنين قد يكون المشتبه به، إذا كان الحركيات الحدث بما في ذلك نماذج مبسطة مقارنة العطف إلى نقطة الفضاء المعلمة SUSY كاملة، فإنها قد لا يكون من غير المعقول.

† بعض نماذج مبسطة تستخدم الآن في LHC تشمل الإنتاج المرتبطة بها. بينما لم تناقش صراحة هنا، المعادلات يمكن تمديدها بشكل مسلي للسماح لهذه القضية.

Protocol

1. نموذج التفكيكية

1. إنشاء أحداث تصادم بروتون بروتون تغطي الطائرة في الفضاء المعلمة الآلية الوقائية الوطنية. أي تكوين مولد الحدث يتضمن دش بارتون ونموذج hadronization يمكن استخدامها. في حالة MSUGRA على سبيل المثال، يتم إنشاء أطياف الشامل باستخدام Isasugra ^33، وتحسب كسور المتفرعة وعرض تسوس باستخدام MSSMCalc ^34. للجيل الحدث نفسه، ويستخدم MadGraph 5 1.3.9 مع ³⁴ CTEQ 6L1 ظائف الكثافة بارتون ³⁵ لتوليد الأحداث مصفوفة عنصر، لأنه يشمل الإشعاع إضافية في العنصر المصفوفة، والتي يمكن أن تكون هامة لسيناريوهات الشامل لتقسيم الصغيرة. من أجل تقليد الخيارات تجارب المصادم 'المولدات الرائدة أجل MSUGRA، يتم تعطيل إشعاع إضافية في العنصر MadGraph مصفوفة عند إنشاء الأحداث MSUGRA. بيثيا 6.425 ³⁶ ثم يستخدم لالجسيمات SUSY (sparticle) الاضمحلال، بارتون الاستحمام،وhadronization. وثائق واسعة النطاق لأي من هذه البرامج متوفرة بسهولة على شبكة الإنترنت.
2. من أجل تقليد للكشف عن المصادم، لتمرير الأحداث من خلال PGS مع بطاقة المعلمة LHC-كاشف. وATLAS و CMS بطاقات كاشف المضمنة مع MadGraph 5 ³⁴ أداء جيدا بما فيه الكفاية لتحليل البحث متناول اليد. حيثما كان ذلك متاحا، جعلت تحديد البارامترات التجارب 'لتحديد الهوية والأداء العام مع بعض التحليلات يمكن استخدامها. من الناحية المثالية، فإن التجارب توفير خرائط كاملة من القبول والكفاءة لعدد من شبكات نموذج مبسط، وفي هذه الحالة يمكن استخدام هذه مباشرة وهذه الخطوة غير ضرورية.
3. من أجل تحليل النتائج بسرعة، وتنسيق البيانات خفيفة الوزن وسيطة غير مرغوب فيه. استخراج الحرف، واللبتونات مستقرة، في عداد المفقودين الطاقة عرضية، وأية كائنات الدولة قبل النهائي الأخرى الضرورية من إخراج PGS (على سبيل المثال باستخدام ExRootAnalysis ³⁴⁾ في شكل ملائم ويوصى.
4. من أجل رس تصنيف النتائج، ربط نتائج الحدث PGS مع جزء من السجل الحدث مولد اللازمة لتصنيف الإنتاج sparticle وسائط الاضمحلال لكل حدث. تتبع جميع الجماهير الجسيمات، وآليات الإنتاج، وسلاسل الاضمحلال وكذلك تهم كل منهما من أجل أن تكون قادرة على حساب يناظرها المتفرعة الكسر.
5. حساب أفضل ما هو متاح إنتاج الحسابات المقطع العرضي لنموذج من الفائدة. في حالة MSUGRA، القادم الرائدة لأمر عبر المقاطع لكل نقطة يمكن حسابها باستخدام Prospino ^2.1-37 مع خط الحد الشمالى سريعة باستخدام ³⁸ CTEQ 6.6 NLO ملفات PDF.

2. نموذج إعادة الإعمار

1. على أساس من انهيار نموذج التفكيك، واختيار القاموس من نماذج مبسطة وذلك لتغطية 50٪ على الأقل من وسائط الإنتاج وتسوس مفتوحة الآلية الوقائية الوطنية. بسبب الانخفاض السريع في المقطع العرضي لمعظم النماذج BSM مع الشامل، وهو عامل من اثنين في قبول typiأتوماتيكيا لا يمثل سوى 20-50 جيف في الحد، مما يجعل هذه وثيقة بما فيه الكفاية لتكون ضمن الشكوك التجريبية والنظرية. معظم تسوس المباشر ونماذج تسوس خطوة واحدة، بما في ذلك يضمحل off-shell/three-body، وقد نظرت فيها تجارب المصادم. CMS جمعت عددا من النتائج مبسطة نموذج الاستبعاد في ورقة واحدة ^21. ويعتبر كل من ATLAS و CMS أيضا عددا من الثقيل نكهة نماذج مبسطة. لم يصدر لائحة كاملة من النماذج متاحة للجمهور في مكان واحد. ومع ذلك، فإن النتائج المتاحة من صفحات الويب التجارب اثنين 'العام ^{39، 40.} هذه هي نماذج مبسطة التي ينبغي اختيارها من أجل إعادة بناء الآلية الوقائية الوطنية.
2. من أجل اختبار جودة التغطية نموذج مبسط، مقارنة الحركيات بضع نقاط ممثل الآلية الوقائية الوطنية مع تلك الناتجة عن نماذج مبسطة تستخدم لإنتاج تلك النقطة. لنقطة وقائية وطنية معينة، بناء نماذج مبسطة ذات الصلة معالجماهير المناسبة.
3. تعيين الوزن لكل نوع النموذج الذي يتضمن إنتاج جزء يمثله أن مبسطة مرات نموذج الكسر المتفرعة للتسوس يمثله هذا النموذج.
4. لإنتاج المرتبطة بها، إذا تعتبر الزوج إنتاج نماذج مبسطة فقط، تقسيم الوزن بين اثنين من نماذج مبسطة ذات الصلة.
5. فمن المستحسن لتطبيق مجموعة من التبسيط بدافع جسديا إلى طبولوجيا الحدث الآلية من أجل إنتاج مجموعة مماثلة والاضمحلال وسائط.
6. تطبيع مجموع الأوزان لجميع نماذج مبسطة للوحدة.
7. حساب التوزيعات الحركية لنقاط NPM ممثل باستخدام الإجراء الجيل الحدث موضح في البروتوكول السابق.
8. إذا كان علم الحركة من نقطة NPM بعد التحديدات إشارة نموذجية تختلف بأكثر من σ (30٪) من تلك النماذج المبسطة مجتمعة، وتشمل نماذج مبسطة إضافية لتحسين الإنتاج والاضمحلالتغطية المرحلة في الفضاء. تناقضات على مستوى 15٪ يكون لها تأثير يذكر على النتائج النهائية الاستبعاد بسبب الانخفاض السريع عبر المقاطع في معظم النماذج الفيزياء الجديدة.

3. الحد من البناء

1. الحصول على Aε المتاحة وذات الصلة و95٪ الحد الأعلى مستوى الثقة عن عدد من الأحداث الفيزياء الجديدة لنماذج مبسطة يجري النظر في كل منطقة إشارة التجريبية التي يمكن تطبيقها.
2. تطبيق المعادلات 1 و 3-5 لمصلحة من الآلية الوقائية الوطنية في كل نقطة معلمة لتحديد مساحة والتي بموجبها يتم استبعاد (إن وجدت) الافتراضات نقطة.
3. استخدام الحد الذي وضعته المنطقة إشارة مع أداء أفضل من المتوقع، إلا إذا هي علاقة بين عدم اليقين خلفية المناطق إشارة 'المتاحة بحيث يمكن الجمع بين المناطق بشكل صحيح ‡.
4. مع مقارنة الحركيات يؤديها مع البروتوكول السابق وانتشار معالم الإقصاء، وتحديد رانجى فيه استبعاد التجريبية ينبغي أن تقع.

‡ في الوقت الحاضر، لا تتوفر مثل هذه الارتباطات.

النتائج

بعد أن طبقت خطوة تفكيك النموذج إلى نقطة في الفضاء المعلمة من MSUGRA، وانهيار الانتاج يمكن تصور أفضل عن طريق عد حتى مختلف وسائل الإنتاج والاضمحلال عن كل حدث ولدت والتآمر على معدلات الإنتاج المناظرة والمتفرعة الكسور وفقا ل الترددات النسبية. ويوضح الكسور المتفرعة لمختلف ?...

Discussion

وقد تجلى تطبيق حدود نموذج مبسط لإنتاج كفاف الإقصاء في كامل نموذج الفيزياء الجديدة. على الرغم من تعقيد واضح من MSUGRA نقاط الفضاء المعلمة، الحركيات يمكن استنساخها بشكل جيد من قبل مجموعة من سوى عدد قليل من نماذج مبسطة. وزيادة تحسين الاتفاق الحركية عند النظر داخل منطقة إشا...