设置使用简化模型的超对称限制

摘要

本文演示了一个协议，用于重铸实验简化模型限制到一个任意的新物理模型保守和激进的限制。可公​​开获得的LHC实验结果可以以这种方式被改写成在几乎任何一个超对称状的签名新物理模型的限制。

摘要

对超对称性和类似实验的理论限制是因为，因为单点的复杂性的巨大可用的参数空间，很难一概而论难定。因此，更多的现象，简单的模式正在成为流行的设置实验的限制，因为他们有更清晰的物理解释。使用这些简化的模型限制在一个具体的理论设定一个真正的限制还没有，不过，被证实。本文重铸简化模型限制到一个特定的和完整的超对称模型，最小超引力的限制。根据不同的物理假设得到限制可媲美由定向搜索产生的。处方提供了计算上的其他理论保守和激进的限制。使用验收和效率表以及各种信号的区域事件的预期和观察到的数字，LHC的实验结果可以在这个马重铸新新人类创新到几乎所有的理论框架，包括nonsupersymmetric理论与超对称状的签名。

引言

一个标准模型，超对称^{（SUSY）1-14}的最有前途的扩展，是许多搜索通过在CERN的LHC实验的中心焦点。收集2011年的数据已经足以推新物理学的超越以往任何撞机^15-22的范围。随着新数据到达和排除仍然推得更远，这将是越来越重要，清楚地传达给物理学界哪些地区的广泛的超对称参数空间都被排除在外。电流限制通常设置在受限的二维平面，这往往并不代表多样化的可用超对称参数空间，而且很难理解的物理群众限制或分支比。大组简化模型^23，24已经被提出用于帮助这些限制的理解，既ATLAS和CMS提供了排除结果这几个型号的^15-20。

本文演示了这些简化模型排除的应用程序使用的最小超引力（MSUGRA，又称^{CMSSM）25-30}的例子一个完整的新的物理模型。该模型被选择，以比较使用简化的模型以那些由实验独立地发布设置的限制。该程序是足够一般要扩展到任何新的物理模型（NPM）。由于这是首次尝试“关闭循环”，并设置使用简化的模型对超对称的限制，一些关于特定的简化模型限制的适用性假设进行了探讨，从而食谱上有理论设定保守和激进的限制尚未审查了LHC实验。

对于在故宫设定的限制，需要三个单独的操作。首先，故宫必须被解构为它的组成片段，分离的各种机生产线CTION模式和衰减模式为模型中的所有新粒子。第二，一组简化的模型必须选择，重新在NPM运动学和有关事件的拓扑结构。三，关于这些简化的模型可用限制必须以产生对故宫限制相结合。这三个程序都在协议中所述。还提供了一些额外的近似值，可能会扩大已经可用简化模型的适用性更广泛的活动拓扑。

一个完整的故宫通常涉及许多生产方式和许多可能的后续衰变。新的物理模型的解构到他们的组件和简化模型的限制应用​​程序对这些组件可以排除的建设直接限制。对于任何信号区域，最保守的限制可使用的生产百分率 P设置_{（A，B）（}其中a，b表示的简化模型水疗中心事件相同的一个简化模型的rticle生产模式）i和由简化模型†描述的生产sparticles腐烂在地的分支比，BR _{A→I X} BR _有b→我 。从这些简单的拓扑结构在一个给定的信号区域的事件的预期数量可以被写为

其中求和是简化模型_，σTOT是总截面为故宫点，L _int是在搜索中使用的积分亮度，和AE _A，B→i是验收时间效率的简化模型事件正在考虑信号的区域。这个数字可以比对的新物理事件吨数预期的95％的置信水平上限o选择最佳的搜索区域。该模型可以被排除在外，如果N是比排除在95％置信水平的新物理事件所观察到的数量较大。如果提供了有关其不确定性的相关信息，在不重叠的区域排除可以合并。如果该信息不可用，最好信号区或分析，它提供了最好的预期限制可以用来企图排除模型。

为了构造具体限制用这种方法，Aε各种简化模型必须由LHC实验予以提供。这两个CMS和ATLAS出版与Aε数字几款机型，和几个数字都可以在HepData数据库^31。为了证明发布所有这些表的价值，我们觉得重要的是要提供具体的限制相媲美那些已经出版。因此，我们使用（和describE在协议作为一个可选步骤）快速检测器仿真来仿真ATLAS或CMS探测器的效果。从这个很好的模拟得出的^{Aε（PGS）32}相比，由ATLAS在图1中公布的简化模型网格。这些结果足够接近彼此（在大约25％）的，而不是等待所有结果是公开的，Aε业绩其余网格使用PGS推导并直接在本文的其余部分使用。如可公开获得的简化模型Aε结果数量的增加，需要这样的逼近应当显著降低。

两个保守的假设允许包含在限制生产和衰减模式一个较大的数字。首先是，对于相关的生产实验Aε是至少一样高Aε两个生产模式的恶化。为包括搜索，这通常是一个很好的假设。那么事件的最低预期数字会

其中，所述第一求和是在所有的生产模式，只有那些其中的a和b是完全相同的从简化模型颗粒被包含在方程1。同样，Aε为衰变具有不同的腿可以被假定为是至少一样高Aε的两条腿的恶化。即，

其中，两侧不同的衰变图现在已经包括在内。

另外两个假设将允许str的设置icter限制。可以假设的实验Aε在理论上，所有的生产模式是类似的平均Aε所涵盖的简化模型的制作模式。在这种情况下，事件的预期数量可以代替被写为

那里的款项均超过只涵盖了简化模型的生产方式。有人可能会进一步假设Aε在理论上所有的衰变模式是相似的平均Aε为所涵盖的简化模型拓扑事件。然后事件的预期数量可以被写为：

其中AGA在只能通过简化模型运行的款项。显然，这种假设下被设置在最积极MSUGRA限制，并限制这种方式的风险自称为排斥，不会，事实上，通过一个专门的搜索中排除在95％置信水平的区域。虽然这两个近似的精确度可能是犯罪嫌疑人，如果简化模型的包容性事件运动学媲美一个完整的超对称参数空间中的点，他们未必是不合理的。

†现在用在LHC的一些简化模型包括相关的生产。虽然没有明确地在这里讨论的，该方程可以平凡扩展，以允许这种情况。

研究方案

1。模型解构

1. 生成覆盖面在故宫的参数空间质子 - 质子碰撞事件。可以使用任何事件发生器配置，其中包括一个部分子淋浴和强子模型。在MSUGRA的情况下，例如，使用Isasugra ³³所产生的质谱图，支化组分和衰变宽度使用MSSMCalc ³⁴计算。为事件生成本身，MadGraph 5 1.3.9 ³⁴与CTEQ 6L1部分子密度函数³⁵是用来产生矩阵元素的事件，因为它包括在基体中的元素附加辐射，它可以是对于小批量分割场景很重要。为了模仿LHC实验的选择的领导阶发电机MSUGRA，在MadGraph矩阵元素的附加辐射产生MSUGRA事件时禁用。皮提亚6.425 ³⁶然后用于超对称粒子（sparticle）衰变，部分子洗澡，和强子。大量的文档对于任何这些程序很容易在网络上。
2. 为了模仿LHC探测器，通过PGS具有LHC-检测器参数卡传递事件。在ATLAS和CMS探测器卡包含MadGraph 5 ³⁴执行不够好搜索范围分析。如果有的话，鉴定和性能试验“参数化公开了一些分析都可以使用。理想情况下，实验将提供接受和效率的全地图为一些简化模型的网格，在此情况下，这些可以直接使用这个步骤是不必要的。
3. 为了快速分析的结果，中间重量轻的数据格式是可取的。提取喉，稳定的轻子，缺少横向的能量，并从PGS的输出（ 例如，使用ExRootAnalysis ^34）在一个方便的格式的任何其它必要的末态的对象建议。
4. 在为了吨O的结果进行分类，关联PGS的事件的结果所必需的发电机事件记录的部分到sparticle生产和衰减模式对每个事件进行分类。跟踪所有粒子质量，生产机制和衰变链，以及它们各自的计数，以便能计算出其对应的分支部分。
5. 计算出最佳的生产截面计算感兴趣的模型。在MSUGRA的情况下，下一个到领头阶横截面的每个点可以使用CTEQ 6.6 NLO PDF文件使用Prospino 2.1 ³⁷与NLL -快³⁸来计算。

2。模型重建

1. 基于模型解构击穿，选择简化模型的字典，以涵盖故宫的开放产生和衰变模式中的至少50％。因为大多数的BSM模型与质量，两个在验收典型的因子的急剧下降横截面的新增Cally仅代表20-50电子伏特的限制，使得这充分接近是实验和理论误差范围内。最直接的衰减和单步衰减模型，包括off-shell/three-body衰变，已经考虑了LHC实验。 CMS已经收集了一些简化模型排除结果在一个单一的文件^21。这两个ATLAS和CMS还考虑了一些重口味的简化模型。尚未公开提供在一个地方的模型的完整列表。然而，结果是可以从两个实验中的公开的网页^39，40。这些都是应该被选定为重建故宫的简化模型。
2. 为了测试的简化模型覆盖质量，与那些从用于复制该点的简化模型得到的比较几个有代表性的非牟利点的运动。对于给定的故宫点，构建相关的简化模型与适当的群众。
3. 分配一个权重，其中包括通过对由该模型所表示的衰减的简化模型倍的分支部分占生产比例每个模型类型。
4. 对于相关的生产，如果只是对生产简化模型认为，分两个相关的简化模型之间的权重。
5. 建议将应用一组物理动机简化为故宫事件的拓扑结构，从而将类似的生产和衰变模式。
6. 归一化权重之和为所有的简化模型来统一。
7. 计算使用在前面的协议中描述的事件生成过程代表故宫点的运动分布。
8. 如果典型的信号选择后故宫点的运动学相差大于σ以上（30％），从这些组合的简化模型，包括额外的简化模型，以提高生产和衰变相空间的覆盖。在15％的水平有差异，因为迅速下降的横截面在大多数新物理模型对最终排除结果的影响微乎其微。

3。限制建设

1. 获得可用的和相关Aε和对新的物理事件正在考虑中，可以应用各实验信号区域中的简化模型的数量95％置信水平的上限。
2. 套用公式1和3-5的利息故宫在每个参数空间中的点来确定下（如果有的话）假设该点被排除在外。
3. 用最好的表现预期使用限制的信号区域设置，除非是信号区域“背景不确定性之间的相互关系可用，因此，这些区域可适当合并‡。
4. 与先前的协议和排斥轮廓的传播进行运动学的比较，确定岭NGE在该实验排除应该说谎。

‡目前，还没有这样的相关性是可用的。

结果

经应用该模型解构步骤中MSUGRA，输出的故障参数空间的一个点可以通过根据计数的各种生产和衰减模式为每个生成的事件，并绘制出相应的生产速率和分支比进行最佳的可视化相对频率。对于各种生产和衰减模式为代表MSUGRA点的分支比示于图2和图3。在超对称参数空间中大量的其他点类似的数字是可以在网上^41。

为MSUGRA的情况下，跨过相空间?...

讨论

的简化模型限制了应用的一个完整的新的物理模型，以产生排斥的轮廓已被证明。尽管MSUGRA参数空间中的点的视在的复杂性，运动学可以很好地再现由只有少数的简化模型的组合。一个特定的信号区域内进行观察时的运动协议进一步改善，因为迄今为止在LHC进行的检索数据倾向于简化模型类似事件的拓扑结构具有（相对）小的多的高_P T的对象。

从简化模型得出...