קביעת מגבלות על שימוש במודלים פשוטה סימטריית

Summary

מסמך זה מדגים פרוטוקול ללשכתב את גבולות מודל פשוטים ניסיוניים לגבולות שמרניים ואגרסיביים במודל פיסיקה חדש שרירותי. ניתן לשכתב תוצאות ניסוי ה-LHC זמינות לציבור באופן זה לגבולות כמעט על כל מודל פיסיקה חדש עם חתימה כמו סופר סימטריה.

Abstract

גבולות ניסיוניים בסופר סימטריה ותאוריות דומות שקשה להגדיר בגלל המרחב העצום זמין פרמטר וקשה להכליל בגלל המורכבות של נקודות בודדות. לכן, מודלים הפנומנולוגית יותר, פשוטים יותר הופכים פופולריים להצבת גבולות ניסיוניים, כפי שיש להם פרשנויות פיזיות ברורות יותר. השימוש במגבלות מודל פשוטים הבאות כדי להגדיר מגבלה אמיתית על תיאורית בטון לא, לעומת זאת, כבר הוכיחו. מאמר זה recasts מגבלות מודל פשוטות למגבלות על מודל סופר סימטריה מסוים ושלם, כבידה מינימאלית. גבולות שהושגו תחת הנחות פיזיות שונות הם דומים לאלה המיוצרים על ידי חיפושים בבימויו. מרשם ניתן לחישוב גבולות שמרניים ואגרסיביים על תאוריות נוספות. שימוש בטבלאות קבלה ויעילות יחד עם המספרים הצפויים והנצפים של אירועים באזורים שונים אות, ניתן לבנות מחדש את תוצאות ניסוי ה-LHC בma זהnner כמעט לכל מסגרת תיאורטית, כוללים תאוריות nonsupersymmetric עם חתימות כמו סופר סימטריה.

Introduction

אחת הסיומות המבטיחות ביותר של המודל הסטנדרטי, סופר הסימטריה (סוזי) ^1-14, הוא המוקד המרכזי של חיפושים רבים על ידי ניסויי ה-LHC ב-CERN. נתונים שנאספו בשנת 2011 כבר מספיק כדי לדחוף את הגבולות של פיסיקה החדשה מעבר לאלו של כל מאיץ קודם ^15-22. נתונים חדשים מגיעים וההכללות נדחפות עדיין רחוק יותר, זה יהיה יותר ויותר חשוב לתקשורת לקהילת הפיזיקה מה אזורים של מרחב הפרמטרים הסימטרי הנרחב הורחק בצורה ברורה. גבולות הנוכחיים נקבעים בדרך כלל על מטוסים דו ממדים מוגבלים, אשר לעתים קרובות אינו מייצגים את מרחב פרמטרים המגוון זמין סוזי וקשה להבנה כמגבלות על המונים פיזיים או שברים הסתעפות. קבוצה גדולה של דגמים פשוטים ^{23, 24} הוצעו לסיוע בהבנה של מגבלות אלה, ושניהם ATLAS ו-CMS סיפקו תוצאות הרחקה לכמה מן המודלים האלה ^15-20.

מסמך זה מדגים את היישום של מודל הכללות פשוטות אלה למודל פיסיקה חדש מלא באמצעות הדוגמא של כבידה המינימלית (MSUGRA, הידוע גם CMSSM) ^25-30. מודל זה נבחר כדי להשוות את המגבלות שנקבעו תוך שימוש במודלים פשוטים יותר לאלה שפורסמו באופן עצמאי על ידי הניסויים. ההליך הוא כללי מספיק כדי להיות להארכה לכל מודל פיסיקה חדש (NPM). כמו זה מייצג את הניסיון הראשון "לסגור את הלולאה" ולהגדיר מגבלות על סוזי באמצעות מודלים מפושטים, מספר ההנחות לגבי תחולת מגבלות על מודלים מופשטים בפרט נחקר, וכתוצאה ממתכונים לקביעת מגבלות שמרניות ואגרסיביות על תאוריות שיש לי לא נבדק על ידי ניסויי ה-LHC.

לקביעת גבול בNPM, שלוש פעולות נפרדות נדרשות. ראשית, NPM חייב להיות מפורק לחתיכות המרכיבות אותה, מפריד את produ השוניםמצבי ction ומצבי ריקבון לכל החלקיקים החדשים במודל. שנית, קבוצה של מודלים פשוטים יש לבחור לשחזר את קינמטיקה וטופולוגיות אירוע רלוונטיות בNPM. שלישית, המגבלות הזמינות בדגמים פשוטים אלה חייבים להיות משולבים כדי לייצר מגבלות על NPM. שלושת הליכים אלה מתוארים בפרוטוקול. כמה קירובים נוספים ניתנים גם שעשויה להרחיב את תחולתם של דגמים פשוטים יותר שכבר זמינים למגוון רחב יותר של טופולוגיות אירוע.

NPM מלא כרוך בדרך כלל מצבי ייצור רבים ורבים דועך הבא אפשרי. הפירוק של מודלים פיסיקה החדשים למרכיביהם והיישום של מגבלות מודל מופשטים לרכיבים אלה מאפשר הבנייה של הדרה להגביל באופן ישיר. לכל אזור אות, המגבלה השמרנית ביותר ניתן להגדיר באמצעות P שבריר ייצור _{(a, b)} (שבו, ב מייצג את ספא מודל הפשוטמצב ייצור סעיף מלחמה) של אירועים זהים למודל פשוט אני ושבריר ההסתעפות לsparticles הופק לריקבון באופן שתואר על ידי † המודל הפשוט, BR _{→ i} x BR _{B → i.} המספר הצפוי של אירועים באזור אות נתון מטופולוגיות פשוטות אלה אז יכול להיות כפי שנכתב

שבו הסכום הוא מעל מודלים מפושטים, _טוט σ הוא החתך הכולל של נקודת NPM, _int L הוא הזוהר המשולב בשימוש בחיפוש, _{וAE, B →} היא _i הקבלה זמני יעילות לאירועי מודל הפשוט ב אזור אות נשקלים. מספר זה יכול להיות בהשוואה לגבול העליון ברמת ביטחון של 95% הצפויים במספר אירועים לא פיסיקה החדשהo בחר את אזור החיפוש האופטימלי. המודל אז ניתן לשלול אם N הוא גדול יותר מהמספר שנצפה אירועי פיסיקה חדשים נכללו ברמת ביטחון 95%. הכללות באזורי nonoverlapping עשויות להיות משולבות אם מידע על המתאמים של חוסר הוודאות שלהם זמין. אם מידע זה אינו זמין, באזור הטוב ביותר האות או הניתוח המספק את המגבלה הצפויה הטוב ביותר ניתן להשתמש כדי לנסות להוציא את המודל.

על מנת לבנות גבולות בטון בשיטה זו, Aε לדגמים פשוטים שונים חייב להיות זמין על ידי ניסויי ה-LHC. CMS והאטלס שניהם פרסמו את נתונים עם Aε למספר דגמים, וכמה מהדמויות זמינים באתר HepData ^{יום 31.} על מנת להדגים את הערך של פרסום כל השולחנות כאלה, אנחנו מרגישים שזה חשוב לספק גבולות בטון שדומים לאלה שפורסמו כבר. לכן אנחנו משתמשים (וdescribדואר בפרוטוקול כצעד אופציונלי) סימולציה גלאי מהירות לחקות את ההשפעה של האטלס או גלאי CMS. Aε נגזר מהסימולציה די טובה (PGS) ³² הוא בהשוואה לזו שפורסמה על ידי אטלס ברשת מודל פשוטה באיור 1. תוצאות אלו הן מספיק קרובים אחד לשני (בתוך בערך 25%) ש, ולא לחכות לכל התוצאות תהיה ציבוריות, תוצאות Aε לרשתות שנותרו נגזרות באמצעות PGS ולהשתמש ישירות בשארית נייר זה. ככל שמספר תוצאות Aε מודל פשוט זמינות לציבור גדל, הצורך בקירובים כאלה צריכים להיות מופחתים באופן משמעותי.

שתי הנחות שמרניות לאפשר הכללת מספר רבה יותר של מצבי ייצור וריקבון בגבול. הראשון הוא שלייצור קשור Aε הניסיוני הוא לפחות גבוה ככל Aε לרעה של שני מצבי הייצור. עבורחיפושים כלול, זה בדרך כלל הנחה טובה. המספר המינימאלי הצפוי של אירועים יהיה אז

שבו הסכום הראשון רץ על כל מצבי הייצור, ורק אלה שבהם A ו-B הם אלה חלקיקים בדיוק מהמודל הפשוט כלולים במשוואת 1. בדומה לכך, ניתן להניח Aε לדועך עם רגליים שונות כדי להיות לפחות גבוה ככל Aε לרעה של שתי רגליים. כלומר,

שם דיאגרמות עם דועך שונה בכל צד יש עכשיו כבר כלולה.

שתי הנחות נוספות תאפשר ההגדרה של strגבולות icter. אפשר להניח כי Aε הניסיוני לכל מצבי הייצור בתאוריה דומה לAε הממוצע למצבי הייצור המכוסים בדגמים פשוטים יותר. במקרה זה, המספר הצפוי של אירועים יכול במקום להיות כפי שנכתב

שבו הסכומים שניהם על רק אלה מצבי הייצור מכוסים על ידי מודלים פשוטים. אפשר עוד להניח שAε לכל מצבי הריקבון בתאוריה דומה לAε הממוצע עבור אלה אירועים המשותפים לטופולוגיות מודל פשוטות. ואז המספר הצפוי של אירועים יכול להיות כפי שנכתב:

איפה האגאבסכומים המנוהלים רק על המודלים המופשטים. באופן ברור, את מגבלת MSUGRA האגרסיבית ביותר מסופקת תחת הנחה זו, וגבול שנקבע באופן זה סיכונים בטענה הדרה לאזורים שלא הייתי, למעשה, להיות שלילי ברמת ביטחון 95% על ידי חיפוש ייעודי. למרות הדיוק של שני קירובים אלה עשוי להיות חשוד, אם קינמטיקה האירוע הכוללת של המודלים פשוטים להשוות לטובה לנקודת מרחב פרמטרי סוזי שלמה, הם לא יכולים להיות בלתי סבירים.

† כמה דגמים פשוטים המשמשים כעת ב-LHC כוללים ייצור קשור. אמנם לא באופן מפורש שנדון כאן, המשוואות ניתן להאריך חסרות חשיבות כדי לאפשר למקרה זה.

Protocol

1. דקונסטרוקציה מודל

1. ליצור אירועי התנגשות פרוטון פרוטון כיסוי מטוס במרחב הפרמטרים של NPM. ניתן להשתמש בכל מחולל אירוע תצורה שכוללת מקלחת פרטון ומודל hadronization. במקרה של MSUGRA למשל, את הספקטרום ההמוני נוצרים באמצעות Isasugra ^33, ושברי ההסתעפות ורוחב ריקבון מחושבים באמצעות MSSMCalc ^34. עבור דור האירוע עצמו, MadGraph 5 1.3.9 ³⁴ עם פונקציות צפיפות פרטון CTEQ 6L1 ³⁵ משמש להפקת אירועי מטריקס, אלמנט, שכן הוא כולל קרינה נוספת באלמנט המטריצה, אשר יכול להיות חשוב לתרחישים המוניים פיצול קטנים. על מנת לחקות את הבחירות "ניסויי ה-LHC בגנרטורים מסדר המוביל לMSUGRA, קרינה נוספת באלמנט מטריצת MadGraph מושבתת בעת יצירת אירועי MSUGRA. פיתיה 6.425 ³⁶ לאחר מכן נעשה שימוש לחלקיקי סוזי ריקבון (sparticle), מקלחת פרטון,וhadronization. תיעוד מקיף לכל התוכניות הללו הוא זמין באינטרנט.
2. על מנת לחקות גלאי ה-LHC, להעביר את האירועים דרך PGS עם כרטיס פרמטר LHC-גלאי. כרטיסי גלאי האטלס ו-CMS כלולים בMadGraph 5 ³⁴ ביצוע מספיק טוב לניתוח הישג ​​ידם חיפוש. איפה זמין, parameterizations 'הניסויים של זיהוי וביצועים בציבור עם כמה ניתוחים ניתן להשתמש בם. באופן אידיאלי, הניסויים יספק מפות מלאה של קבלה ויעילות למספר רשתות מודל פשוטות, ובמקרה זה אלה יכולים לשמש באופן ישיר ושלב זה הוא מיותר.
3. על מנת לנתח את התוצאות במהירות, נתונים בפורמט קל משקל ביניים רצוי. חילוץ המטוסים, פטונים יציבים, אנרגיה רוחבית חסרה, וכל חפצי גמר מדינה נחוצים אחרים מתפוקת PGS (למשל באמצעות ExRootAnalysis ³⁴⁾ בפורמט נוח מומלץ.
4. בt סדרo לסווג את התוצאות, לתאם את תוצאות אירוע PGS עם החלק של שיא האירוע המחולל יש לסווג ייצור sparticle ומצבי ריקבון לכל אירוע. לעקוב אחר כל המוני החלקיקים, מנגנוני ייצור, ושרשרות דעיכה, כמו גם הסעיפים המיוחסים להם כדי להיות מסוגל לחשב שבריר ההסתעפות המקביל שלהם.
5. לחשב את החישובים הטובים ביותר קיימים ייצור החתך למודל של עניין. במקרה של MSUGRA, ניתן לחשב הבא מובילים לחתכים על מנת שכל נקודה באמצעות Prospino 2.1 ³⁷ עם ³⁸ NLL-מהיר באמצעות CTEQ 6.6 קבצי PDF NLO.

2. שחזור דגם

1. בהתבסס על ההתפלגות מפירוק המודל, לבחור מילון של דגמים פשוטים יותר כך שיכסו לפחות 50% ממצבי ייצור וריקבון הפתוחים של NPM. בגלל החתך במהירות הנפילה של רוב דגמי ה-BSM במסה, בפקטור של שניים בtypi קבלהמלקק מייצג רק 20-50 GeV בגבול, מה שהופך את זה מספיק קרוב ללהיות בתוך חוסר הוודאות הניסיונית ותיאורטית. הריקבון ביותר, הישיר ביותר ודגמי ריקבון צעד אחד, כוללים דועך off-shell/three-body, כבר נחשבו על ידי ניסויי ה-LHC. CMS אסף מספר תוצאות הדרת מודל פשוטות בנייר אחד ^21. גם אטלס ו-CMS שניהם נחשבים למספר דגמים פשוטים יותר כבד טעם. הרשימה המלאה של דגמים לא נעשתה זמינה לציבור במקום אחד. עם זאת, התוצאות זמינות מדפי האינטרנט של שני הניסויים הציבוריים ^{39, 40.} אלה הם מודלים פשוטים שיש לבחור לשיקום של NPM.
2. על מנת לבדוק את איכות כיסוי המודל הפשוט, להשוות קינמטיקה של כמה נקודות NPM נציג עם אלה הנובעים ממודלים פשוטים המשמשים לשחזר נקודה זו. לנקודת NPM נתון, לבנות מודלים מופשטים הרלוונטיים עםהמונים מתאימים.
3. קבע משקל לכל סוג מודל הכולל את החלק יחסי הייצור מיוצג על ידי שפעמי מודל שבריר ההסתעפות הפשוטה לריקבון מיוצג על ידי מודל זה.
4. לייצור קשור, אם מודלים זוג ייצור רק פשוט יותר נחשבים, לחלק את המשקל בין שני דגמים פשוטים יותר רלוונטיים.
5. מומלץ ליישם סט של הפשטה פיזי מוטיבציה לטופולוגיות אירוע NPM כדי ייצור וריקבון-מצבים דומים בקבוצה.
6. לנרמל את הסכום של המשקולות לכל דגמים פשוטים יותר לאחדות.
7. לחשב את הפצות kinematic לנקודתי נציג NPM באמצעות הליך דור אירוע המתואר בפרוטוקול הקודם.
8. אם קינמטיקה של נקודת NPM לאחר בחירות אות טיפוסיות שונה על ידי יותר מ σ (30%) מאלו של שילוב המודלים מפושטים, כוללים דגמים פשוטים נוספים כדי לשפר את הייצור וריקבוןכיסוי שלב חלל. יש פערים ברמת 15% השפעה זניחה על תוצאות ההרחקה הסופיות בגלל החתכים במהירות נופלים ברוב הדגמים של פיסיקה החדשה.

3. הגבל את הבנייה

1. השג את Aε הזמינים ורלוונטי ו95% גבול עליון רמת ביטחון במספר אירועי פיסיקה חדשות לדגמים פשוטים נשקלים בכל אזור אות ניסיוני שיכול להיות מיושם.
2. החל משוואות 1 ו 3-5 לNPM של עניין בכל נקודת מרחב פרמטרים כדי לקבוע תחתיו (אם בכלל) הנחות לנקודה לא תיכלל.
3. השתמש במגבלה שנקבעה על ידי אזור האות עם הביצועים הצפויים הטוב ביותר, אלא אם כן קשר בין אי ודאויות הרקע 'אזורי האות זמין, כך שניתן לשלב את האזורים כראוי ‡.
4. עם ההשוואה של קינמטיקה הופיעה עם הפרוטוקול הקודם וההתפשטות של קווי המתאר ההוצאה מן הכלל, לקבוע את range בי ההדרה הניסיונית צריכה לשקר.

‡ בשלב נוכחי, אין מתאמים כאלה זמינים.

תוצאות

לאחר שיישם את שלב פירוק המודל לנקודה במרחב הפרמטרים של MSUGRA, פירוט הפלט ניתן דמיינו הטוב ביותר על ידי ספירה עד מצבי ייצור וריקבון השונים לכל אירוע שנוצר והתוויית שיעורי הייצור המתאים והסתעפות שברים פי תדרים יחסית. השברים ההסתעפות למצבי ייצור וריקבון השונים לנקודות MSU...

Discussion

היישום של מגבלות מודל פשוטות כדי לייצר קווי המתאר הדרה במודל פיסיקה חדש מלא הודגם. למרות המורכבות, לכאורה, של נקודות מרחב פרמטרי MSUGRA, ניתן לשחזר היטב קינמטיקה על ידי שילוב של מספר קטן בלבד של דגמים פשוטים יותר. הסכם kinematic הוא השתפר עוד יותר כאשר מסתכלים בתוך אזור אות מס...