Установка ограничений на суперсимметрии с помощью упрощенных моделей

Резюме

Эта статья демонстрирует протокол для переделывая экспериментальные упрощенные модели пределы в консервативных и агрессивных лимитов на произвольной новой физической модели. Публично доступные LHC экспериментальные результаты можно преобразовать таким образом в пределах практически на любой новой физической модели с суперсимметрии, как подписи.

Аннотация

Экспериментальные ограничения на суперсимметрии и подобных теорий как трудно установить из-за огромного свободного пространства параметров и трудно обобщать, потому что сложности отдельных точек. Таким образом, более феноменологические, упрощенные модели становятся популярными для установки экспериментальные пределы, так как они имеют более четкие физические интерпретации. Использование этих упрощенных пределах модели, чтобы установить реальное ограничение на конкретной теории не имеет, однако, было продемонстрировано. Эта статья переделывает упрощенные модели пределы в пределах на конкретном и полной модели суперсимметрии, минимальной супергравитации. Пределы, полученные при различных физических предположений сопоставимы с производства, направленных поисков. Рецепт предназначен для расчета консервативных и агрессивных ограничения на дополнительных теорий. Использование приемки и эффективности таблицы наряду с ожидаемыми и наблюдаемыми числа событий в различных регионах сигналов, LHC экспериментальные результаты можно преобразовать в этой маnner в практически любой теоретической базы, в том числе несуперсимметричных теорий с суперсимметрии, как подписи.

Введение

Одним из наиболее перспективных расширений Стандартной модели, суперсимметрии (SUSY) ^1-14, является в центре внимания многих поисков по LHC экспериментов в ЦЕРНе. Данные, собранные в 2011 году уже достаточно нажать пределы новой физики, помимо тех, о любой предыдущей коллайдера ^15-22. По мере появления новых данных прибыть и исключения толкнул еще дальше, то это будет более важно четко довести до сведения сообщества физики каких регионах обширной пространстве суперсимметричных параметров не были допущены. Текущие ограничения, как правило, устанавливается на ограниченных двумерных плоскостей, которые зачастую не представляют разнообразную доступное пространство параметров SUSY и трудно понять, как ограничения на физических масс или ветвящихся фракций. Большой набор упрощенных моделей ^{23, 24} были предложены за пособничество в понимании этих пределах, и оба ATLAS и CMS представили результаты исключений для некоторых из этих моделей ^15-20.

Эта статья демонстрирует применение этих упрощенных модельных исключений к полному новой физической модели на примере минимальной супергравитации (МсУГРА, также известный как CMSSM) ^25-30. Эта модель выбрана, чтобы сравнить пределы, установленные с использованием упрощенных моделей для тех, опубликованы независимо друг от друга экспериментов. Процедура достаточно общими, чтобы быть увеличен до любого нового физическая модель (НПМ). Поскольку это представляет собой первую попытку "закрыть петлю" и установить ограничения на суперсимметрии, используя упрощенные модели, ряд предположений о применимости лимитов на отдельных упрощенных моделей рассматриваются, в результате рецептов введении охранительных и агрессивные ограничения на теории, которые имеют не рассматривался экспериментов на БАКе.

Для установки лимита в НПМ, три отдельные операции не требуется. Во-первых, НПМ должен быть деконструкции на составные части, отделяя различные произвоРежимы ие и моды распада для всех новых частиц в модели. Во-вторых, набор упрощенных моделей должен быть выбран для воссоздания кинематику и соответствующие топологии событий в НПМ. В-третьих, имеющиеся ограничения на эти упрощенные модели должны быть объединены, чтобы произвести ограничения на НПМ. Эти три процедуры описаны в протоколе. Некоторые дополнительные приближения также при условии, что может расширить применимость уже имеющихся упрощенных моделей для более широкого круга топологий событий.

Полный НПМ обычно включает множество режимов производства и множество возможных последующих распадов. Деконструкция новых моделей физики в их компонентов и применение упрощенных модельных ограничений для этих компонентов позволяет строительство исключения ограничить напрямую. Для любого региона сигнала, наиболее консервативным предел может быть установлен с помощью производства дроби P _{(а, б)} (где а, Ь представляет собой упрощенную модель спаСтатья режим производства) событий, идентичных упрощенной модели я и ветвления фракция для выпускаемых счастиц до распада в порядке, описанных по упрощенной модели †, BR _{→ я} х BR _{B → I.} Ожидаемое количество событий в данной сигнала региона от этих простых топологий тогда можно записать в виде

где сумма берется по упрощенных моделей, σ _малыш является полное сечение точки НПМ, L _внутр является интегральная светимость используется в поиске, и _{А.Е., б → я} это принятие раз эффективность для упрощенной модели событий в Сигнал область рассматривается. Это число может быть по сравнению с ожидаемым верхнего предела 95% уровне достоверности по количеству новых физика событий то выбрать оптимальный область поиска. Модель может быть исключен, если N больше, чем наблюдаемого числа новых физических событий исключенных на уровне достоверности 95%. Исключения в непересекающихся областей могут быть объединены, если информация о корреляции их неопределенности доступно. Если эта информация не доступна, лучший сигнал или область анализа, который обеспечивает лучший ожидаемое ограничение может быть использован в попытке исключить модель.

Для того чтобы построить конкретные пределы с помощью этого метода, Ае для различных упрощенных моделей должны быть доступны по LHC экспериментов. Оба CMS и ATLAS опубликовали цифры с Ае для нескольких моделей, а некоторые из фигур доступны в базе данных HepData ^31. Для того чтобы продемонстрировать ценность публикации всех таких таблиц, мы чувствуем, что важно обеспечить конкретные пределы, которые сопоставимы с уже опубликованными. Поэтому мы используем (и описывающиеэ в протоколе в качестве необязательной стадии) моделирования быстро детектор подражать эффект ATLAS или детектора CMS. Ае происходит от Довольно неплохой симулятор (PGS) ³² по сравнению с опубликованы ATLAS В упрощенной модели сетки на рисунке 1. Эти результаты достаточно близки друг к другу (в пределах примерно 25%), что, а не ждать, все результаты должны быть открытыми, результаты Ае для остальных сетей получены с использованием PGS и использовать непосредственно в оставшейся части статьи. Поскольку число общедоступных упрощенную модель результатов Ае растет, потребность в таких приближений следует значительно сократить.

Два консервативные допущения позволяют включение большего числа производственных и распада мод в пределе. Во-первых, ассоциированного рождения экспериментальная Ае, по крайней мере столь же высоко как Ае к худшему из двух режимов производства. Длявключено результаты, это вообще хорошая предположение. Минимальная ожидаемое число событий тогда будет

где первая сумма пробегает все режимы производства, а только те, где а и Ъ именно те ​​частицы из упрощенной модели включены в уравнении 1. Аналогичным образом, Ае распадов с разными ног можно предположить, что по крайней мере выше, чем Ае к худшему из двух ног. То есть,

где диаграммы с различными распадов по обе стороны уже были включены.

Еще два предположения позволит установку улПределы icter. Можно предположить, что экспериментальное Ае для всех режимов производства в теории похож на среднего Ае для режимов производства, охваченных упрощенных моделей. В этом случае, ожидаемое число событий вместо можно записать в виде

где суммы являются более только тех способов производства, охваченных упрощенных моделей. Можно было бы далее, что А £ для всех мод распада в теории похож на среднего Ае для тех событий, подпадающих под упрощенную модель топологий. Тогда ожидаемое число событий можно записать в виде:

где агав суммах работают только над упрощенных моделей. Очевидно, самым агрессивным предел МсУГРА предоставляется в рамках этого предположения, и предельное множество таким образом рискует утверждая исключение для регионов, не будет, по сути, быть исключены на уровне достоверности 95% по выделенной категории. Хотя точность этих двух приближений может быть подозреваемым, если включено кинематика событием упрощенных моделей выгодно отличаются от полного параметр сУсИ точке пространства, они не могут быть необоснованными.

† Некоторые упрощенные модели в настоящее время используются на БАКе включать соответствующие производства. Хотя явно не обсуждается здесь, уравнения можно тривиально расширена, чтобы для этого случая.

протокол

1. Модель Деконструкция

1. Создать протон-протонные столкновения событий, охватывающих самолет в пространстве параметров НПМ. Любая конфигурация генератора событие, которое включает в себя партонную душ и адронизации модель может быть использована. В случае МсУГРА например, масс-спектры получены с использованием Isasugra ^33, и бренчинги и ширины распадов рассчитаны с использованием MSSMCalc ^34. Для самого поколения событий, MadGraph 5 1.3.9 ³⁴ с CTEQ 6L1 функций плотности партонная ³⁵ используется для генерации события матричных элементов, так как она включает в себя дополнительное излучение в матричного элемента, который может быть важно для небольших сценариев массового расщепления. Для того, чтобы имитировать выбор экспериментов на БАКе "генераторов ведущих порядка для МсУГРА, дополнительное излучение в MadGraph матричного элемента отключена при генерации события МсУГРА. Пифия 6,425 ³⁶ затем используется для SUSY частицы (sparticle) распада, партонного душа,и адронизация. Обширная документация по любой из этих программ легко доступны в Интернете.
2. Для того, чтобы имитировать LHC детектора, проходят события через PGS с параметром карты БАК-детектора. Детектор карты ATLAS и CMS входит MadGraph 5 ³⁴ выполняет достаточно хорошо, для анализа поиска сбыта. По возможности, параметризации экспериментов "идентификации и производительности обнародованы с некоторыми анализов могут быть использованы. В идеале, эксперименты обеспечит полные карты принятия и эффективности для ряда упрощенных модельных сетей, и в этом случае они могут быть использованы непосредственно и этот шаг не является необходимым.
3. Для анализа результатов быстро, промежуточный формат данных легкий желательно. Извлечение самолеты, стабильные лептоны, недостающую поперечную энергию, и любые другие необходимые конечном состоянии объектов с выхода PGS (например, с использованием ExRootAnalysis ³⁴⁾ в удобном формате рекомендуется.
4. В порядке то классифицировать результаты, коррелирует результаты событий PGS с частью записи события генератора необходимо классифицировать производство sparticle и моды распада для каждого события. Следите за всеми масс частиц, механизмов производства и цепочек распада, а также их соответствующих подсчетов для того, чтобы иметь возможность рассчитать соответствующие им ветвления фракции.
5. Рассчитать наилучшие имеющиеся производственные поперечного сечения расчеты для модели интересов. В случае МсУГРА, следующем за главным порядке сечений для каждой точки можно рассчитать, используя Prospino 2.1 ³⁷ с НБЛ-Fast ^38, используя CTEQ 6,6 NLO PDF-файлов.

2. Модель Реконструкция

1. На основании срыва с модели деконструкции, выберите словарь упрощенных моделей так, чтобы покрыть не менее 50% из открытых и распада режимов НПМ. Из-за быстро падает поперечного сечения большинства моделей BSM с массой, в два раза в принятии типичнымчески представляет только 20-50 ГэВ в пределе, что делает это достаточно близко, чтобы быть в экспериментальных и теоретических неопределенностей. Самые прямой распад и модели одношаговые распада, в том числе off-shell/three-body распадов, были рассмотрены экспериментов на БАКе. CMS собрал ряд упрощенных результатов модель исключения в единый документ ^21. Оба ATLAS и CMS также рассмотрели ряд тяжелых ароматов упрощенных моделей. Полный список моделей не было сделано публично доступны в одном месте. Тем не менее, результаты доступны из открытых веб-страниц ^{39, 40} двух экспериментов. Это упрощенные модели, которые должны быть выбраны из реконструкции НПМ.
2. Для того чтобы проверить качество упрощенной модели освещения, сравнить кинематику несколько представительных НПМ точек с теми, в результате упрощенных моделей, используемых для воспроизведения этой точки. Для данного НПМ точки, построить соответствующие упрощенные модели ссоответствующие массы.
3. Назначьте вес каждого типа модели, которая включает производственную часть, представленную этой упрощенной раз модели разветвления фракции для распада в лице этой модели.
4. Для связанного производства, если только пара-производственные упрощенные модели считаются, разделите массу между двумя соответствующими упрощенных моделей.
5. Рекомендуется применять набор физически мотивированных упрощений для топологий событий НПМ для того, чтобы сгруппировать похожие производственных-и распада мод.
6. Нормализовать сумму весов для всех упрощенных моделей до единицы.
7. Рассчитать кинематические распределения для представительных НПМ точек, использующих процедуру формирование событий, описанную в предыдущем протоколе.
8. Если кинематика точки НПМ после типичных выборов сигнальных отличаться более чем на σ (30%) из тех, объединенных упрощенных моделей, включают в себя дополнительные упрощенные модели для улучшения производства и распадфазового пространства охват. Расхождения на уровне 15% имеют незначительное влияние на окончательные результаты исключения из-за быстро падающих сечений в большинстве новых моделей физики.

3. Ограничьте Строительство

1. Получить доступную и актуальную Ае и уровне достоверности 95% верхний предел числа новых физических событий для упрощенных моделей, которые рассматриваются в каждом регионе экспериментальной сигнала, который может быть применен.
2. Применить уравнений 1 и 3-5, чтобы НПМ интереса на каждом параметр точке пространства, чтобы определить, в соответствии с которым (если таковые имеются) предположения точка исключается.
3. Используйте лимит, установленный регионе сигнала с лучшим ожидаемого исполнения, если корреляции между фоновых неопределенности сигнала регионов не доступны так, что регионы могут быть в надлежащем сочетании ‡.
4. При сравнении кинематики выполненных с предыдущим протоколом и распространением об исключении контуров, определить раНге в котором экспериментальная исключение должно лежать.

‡ В настоящее время нет таких корреляций не доступны.

Результаты

Применив модель деконструкция шаг к точке в пространстве параметров МсУГРА разбивку выходе может быть лучше визуализируется подсчитывая различные производственные и распада режимы для создания каждого события и построения соответствующих темпы производства и ветвление фракций в с...

Обсуждение

Применение упрощенной модели пределов для получения контур исключения в полном новой физической модели была продемонстрирована. Несмотря на кажущуюся сложность МсУГРА параметр точках пространства, кинематика может быть хорошо воспроизводятся комбинацией лишь небольшое число упро?...