本文展示了一种将实验简化模型限制重新解释为对任意新物理模型的保守与激进限制的方案。公开可用的大型强子对撞机（LHC）实验结果可通过此方法，被重新解释为几乎任何具有超对称类特征的新物理模型的限制。
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本文内容
摘要
摘要
由于存在巨大的可用参数空间以及单个参数点的复杂性，为超对称性及类似理论设定实验限制十分困难且难以推广。因此，更具现象学特征的简化模型正变得流行，用于设定实验限制，因为它们具有更清晰的物理诠释。然而，此前尚未验证如何利用这些简化模型的限制来对一个具体的理论设定实际的限制。本文将简化模型的限制重新应用于一个特定且完整的超对称模型——最小超引力模型（minimal supergravity）。在不同物理假设下得到的限制与直接搜索所产生的结果具有可比性。本文提供了一种计算方法，可用于推导出对其他理论的保守与激进限制。通过使用接受度和效率表格，以及在不同信号区域中预期和观测到的事件数，可将大型强子对撞机（LHC）的实验结果以这种方式重新映射到几乎任何理论框架中，包括具有超对称性类似信号特征的非超对称理论。
引言
作为标准模型最有前景的扩展之一，超对称性（supersymmetry, SUSY）1-14 是欧洲核子研究中心（CERN）大型强子对撞机（LHC）实验众多搜寻工作的核心。2011年收集的数据已足以将新物理的限制推至超越以往任何对撞机实验的水平15-22。随着新数据的不断到来，排除范围持续扩大，向物理学界清晰地传达超对称参数空间中哪些区域已被排除变得愈发重要。目前的限制通常设定在受限的二维平面上，而这些平面往往无法充分代表广泛存在的超对称参数空间，也难以被理解为对物理质量或分支比的限制。为此，已提出大量简化模型23, 24以帮助理解这些限制，ATLAS 和 CMS 均已针对其中多个模型提供了排除结果15-20。
本文以最小超引力模型（MSUGRA，也称为CMSSM）25-30为例，演示了如何将这些简化模型排除方法应用于完整的新物理模型。选择该模型的目的是将使用简化模型所设定的限制与实验组独立发布的限制进行比较。该方法具有足够的普适性，可推广至任意新物理模型（NPM）。由于这是首次尝试“闭环”利用简化模型对超对称性（SUSY）设定限制，本文探讨了关于特定简化模型限制适用性的一系列假设，从而提出了针对尚未被LHC实验研究过的理论设定保守和激进限制的具体方案。
在新物理模型（NPM）中设定限制需要完成三个独立的操作。首先....
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方案
1. 模型拆解
- 生成覆盖NPM参数空间平面的质子-质子碰撞事例。可使用任何包含部分子喷注和强子化模型的事例产生器配置。例如，在MSUGRA情况下，质量谱是使用Isasugra生成的33，并使用 MSSMCalc 计算分支比和衰变宽度34对于事例生成本身，使用 MadGraph 5 1.3.934 使用 CTEQ 6L1 部分子密度函数35 用于生成矩阵元事件，因为它在矩阵元中包含了额外的辐射，这在小质量分裂情形下可能非常重要。为了模拟LHC实验在生成MSUGRA事件时对领头阶产生器的选择，使用MadGraph生成MSUGRA事件时会关闭其矩阵元中的额外辐射。Pythia 6.42536 随后用于超对称粒子（sparticle）衰变、部分子喷注以及强子化过程。这些程序的详细文档均可在互联网上轻松获取。
- 为了模拟LHC探测器，使用LHC探测器参数卡通过PGS处理这些事例。MadGraph 5中包含ATLAS和CMS探测器的参数卡。34 足以满足搜索范围分析的需求。在条件允许的情况下，可利用部分分析中公开的实验参数化方法，包括鉴定和性能参数。理想情况下，实验应提供完整的映射图 在多种简化模型网格的情况下，若可直接使用，则此步骤无需进行。
- 为了快速分析结果，需要一种轻量级的中间数据格式。从PGS输出中提取喷注、稳定轻子、缺失横动量以及任....
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结果
在将模型分解步骤应用于MSUGRA参数空间中的某一点后，可通过统计每个生成事件的各种产生和衰变模式，并根据其相对频率绘制相应的产生率和分支比，从而直观地展示输出结果。代表性MSUGRA参数点下各种产生和衰变模式的分支比如图2和图3所示。在SUSY参数空间中其他点的大量类似图表可在线获取41。
对于 MSUGRA 情形，相空间中存在一些普遍趋势，如图 4所示。在低 m0、高 m1/2 区域，squark 产生占主导地位；而在高 m0、低 m1/2 区域，gluino 产生占主导地位。在 squark 产生占主导的区域，squark 直接衰变为最轻超对称粒子（LSP）的过程占优。然而，在 gluino 产生占主导的区域，gluino 直接衰变为 LSP 的分支比从未超过总衰变相空间的约 30%。在介于两者之.......
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讨论
已证明可通过使用简化模型极限，在一个完整的全新物理模型中生成排除轮廓。尽管MSUGRA参数空间点看似复杂，但仅需少量简化模型的组合即可很好地再现其运动学特征。当聚焦于特定信号区域时，运动学一致性进一步提高，因为迄今为止在LHC上开展的搜寻更倾向于具有相对较少数量的高-pT对象的简化模型类事件拓扑结构。
由简化模型得出的排除曲线与已发表的专用搜索结果吻合良好。通过该方法，可轻松将排除结果重新应用于更奇特的超对称理论，甚至应用于简化模型所涵盖信号特征的非超对称理论。此外，该方法还为数据的保存以及将当前搜索应用于未来理论提供了简便途径。
从实际角度来看，这种方法为大型强子对撞机（LHC）实验节省了大量资源，并为LHC理论物理学家和现象学研究者带来了巨大益处。通过利用矩阵元和衰变概率所提供的信息对理论进行重构，无需再进行计算量巨大的模型模拟。相反，实验可以直接在大量理论模型中提供排除结果，这些模型可能包含但并不完全局限于简单的末态特征。同样，理论研究者也无需等待LHC实验为其偏好的模型提供限制结.......
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披露
两位作者均为ATLAS合作组的成员。然而，本工作的完成未使用ATLAS的任何内部资源，包括资金或其他资源。
致谢
作者谨此感谢 Jay Wacker 就简化模型及潜在陷阱所进行的深入讨论。同时衷心感谢 Max Baak 和 Till Eifert 在必要时提供的建设性批评与持续鼓励。感谢欧洲核子研究中心（CERN）暑期学生项目为本次合作提供的宝贵机会。
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参考文献
- Miyazawa, H. Baryon Number Changing Currents. Prog. Theor. Phys. 36, 1266-1276 (1966).
- Ramond, P. Dual Theory for Free Fermions. Phys. Rev. D. 3, 2415-2418 (1971).
- Gol'fand, Y. A., Likhtman, E. P.
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