Ajuste de los límites de supersimetría Usar modelos simplificados

Summary

Este trabajo demuestra un protocolo para la refundición experimentales límites modelo simplificado en los límites conservadores y agresivos sobre un nuevo modelo de la física arbitraria. Resultados experimentales del LHC disponibles al público se puede rehacer de esta manera en límites en casi cualquier nuevo modelo de la física con una firma-supersimetría similares.

Abstract

Límites experimentales sobre la supersimetría y teorías similares son difíciles de establecer debido a la enorme espacio de parámetros disponibles y difícil generalizar debido a la complejidad de los puntos individuales. Por lo tanto, los modelos más fenomenológicos, simplificados están volviendo populares para establecer los límites experimentales, como lo han hecho interpretaciones físicas más claras. El uso de estos límites modelo simplificado para establecer un límite real en una teoría concreta no ha, sin embargo, ha demostrado. En este trabajo se refunde límites modelos simplificados en límites de un modelo específico y completo supersimetría, supergravedad mínima. Límites obtenidos bajo diferentes supuestos físicos son comparables a los producidos por las búsquedas dirigidas. Se proporciona una receta para el cálculo de límites conservadores y agresivos sobre las teorías adicionales. Uso de tablas de aceptación y eficacia junto con los números esperados y observados de eventos en diversas regiones de la señal, los resultados experimentales del LHC se puede rehacer en esta manner en casi cualquier marco teórico, que incluye teorías nonsupersymmetric con firmas-supersimetría similares.

Introduction

Una de las extensiones más prometedores del Modelo Estándar, la supersimetría (SUSY) ^1-14, es el foco central de muchas búsquedas por los experimentos del LHC en el CERN. Los datos recogidos en el año 2011 ya son suficientes para empujar los límites de la nueva física más allá de las de cualquier colisionador anterior ^15-22. A medida que llegan nuevos datos y las exclusiones son empujados aún más lejos, cada vez será más importante comunicar claramente a la comunidad de la física lo regiones del extenso espacio de parámetros supersimétrica han sido excluidos. Los límites actuales se establecen normalmente en constreñidos planos bidimensionales, que con frecuencia no representan el espacio de parámetros SUSY disponibles diversos y difíciles de entender, los límites a las masas físicas o fracciones de ramificación. Un gran conjunto de modelos simplificados ^{23, 24} se han propuesto para ayudar en la comprensión de estos límites, y ambos ATLAS y CMS han proporcionado resultados de exclusión de varios de estos modelos ^15-20.

En este trabajo se demuestra la aplicación de estas exclusiones modelo simplificado de un modelo de la física nueva completa con el ejemplo de la supergravedad mínima (mSUGRA, también conocido como el CMSSM) ^25-30. Este modelo se elige con el fin de comparar los límites establecidos usando modelos simplificados a los publicados de forma independiente por los experimentos. El procedimiento es lo suficientemente generales como para ser extensible a cualquier nuevo modelo de la física (NPM). Como este es el primer intento de "cerrar el círculo" y establecer límites a SUSY utilizando modelos simplificados, una serie de supuestos acerca de la aplicabilidad de los límites en determinados modelos simplificados son explorados, lo que resulta en las recetas para el establecimiento de límites conservadores y agresivos en las teorías que tienen no fueron examinados por los experimentos del LHC.

Para establecer un límite de un mecanismo nacional de prevención, se requieren tres operaciones separadas. En primer lugar, el mecanismo nacional de prevención debe ser deconstruido sus partes constitutivas, separando los diferentes productoresmodos cción y modos de desintegración para todas las nuevas partículas en el modelo. En segundo lugar, un conjunto de modelos simplificados debe ser elegido para recrear la cinemática y topologías de eventos relevantes en el MNP. En tercer lugar, los límites disponibles en estos modelos simplificados deben combinarse para producir límites en el MNP. Estos tres procedimientos se describen en el protocolo. Algunas aproximaciones adicionales también se ofrecen que pueden ampliar la aplicabilidad de los modelos simplificados ya disponibles para una amplia gama de topologías de eventos.

Una completa NPM implica típicamente muchos modos de producción y muchos posibles decaimientos posteriores. La deconstrucción de los nuevos modelos de la física en sus componentes y la aplicación de los límites de modelos simplificados para estos componentes permite la construcción de una exclusión limita directamente. Para cualquier región de la señal, el límite de la mayoría conservadora se puede establecer mediante la fracción de la producción de P _{(a, b)} (donde a, b representa el modelo de spa simplificadamodo de producción Artículo) de eventos idénticos a un modelo simplificado i y la fracción ramificada para los spartículas producidos a la decadencia de la manera descrita por el modelo † simplificado, BR _{a → i} x BR _{b → i.} El número esperado de eventos en una región determinada señal de estos sencillos topologías se puede escribir como

donde la suma es sobre modelos simplificados, _tot σ es la sección eficaz total para el punto de la NGP, L _int es la luminosidad integrada utilizada en la búsqueda, y AE _{a, b → i} es la aceptación veces la eficiencia de los sucesos modelo simplificado en el región señal que está siendo considerado. Este número se puede comparar con el límite superior nivel de confianza del 95% que se espera en el número de nuevos eventos de física to seleccione la región de búsqueda óptima. El modelo puede entonces ser excluida si N es mayor que el número observado de nuevos eventos de física excluidos en el nivel de confianza del 95%. Exclusiones en regiones no superpuestas se pueden combinar si la información sobre las correlaciones de sus incertidumbres está disponible. Si esta información no está disponible, la mejor región señal o el análisis que proporciona la mejor límite de espera se pueden utilizar para intentar excluir el modelo.

Para construir límites concretos con este método, el Aε para varios modelos simplificados debe ponerse a disposición por los experimentos del LHC. Tanto la CMS y ATLAS han publicado cifras con el Aε para varios modelos, y algunas de las figuras están disponibles en la base de datos HepData ^31. Con el fin de demostrar el valor de la publicación de todos estos cuadros, creemos que es importante proporcionar a los límites concretos que son comparables a las ya publicadas. Por ello utilizamos (y describiendoe en el protocolo como un paso opcional) una simulación detector rápido para emular el efecto del ATLAS o detector CMS. El Aε derivado de la Bastante Buena Simulación (PGS) ³² se compara con el publicado por ATLAS en una cuadrícula modelo simplificado en la figura 1. Estos resultados son lo suficientemente cerca uno del otro (a menos de aproximadamente el 25%) que, en lugar de esperar a que todos los resultados sean públicos, resultados Aε para las redes restantes se obtienen a partir de PGS y se utilizan directamente en el resto de este artículo. Como el número de disponibles públicamente modelo simplificado resultados Aε crece, la necesidad de tales aproximaciones se debe reducir de manera significativa.

Dos supuestos conservadores permiten la inclusión de un mayor número de modos de producción y de decaimiento en el límite. La primera es que para la producción asociada la Aε experimental es por lo menos tan alta como la Aε para el peor de los dos modos de producción. ParaBúsquedas inclusivas, esto es generalmente una buena suposición. El número mínimo de eventos previsto sería entonces

donde la primera suma se extiende sobre todos los modos de producción, y sólo aquellos en los que a y b son exactamente las partículas del modelo simplificado se incluyen en la Ecuación 1. Del mismo modo, la Aε para decae con diferentes piernas se puede suponer que ser al menos tan alta como la Aε para la peor de las dos piernas. Es decir,

donde ahora se han incluido diagramas con diferentes decaimientos a cada lado.

Otros dos supuestos permitirían el establecimiento de strlímites icter. Uno puede asumir que el Aε experimental para todos los modos de producción en la teoría es similar a la Aε promedio de los modos de producción cubiertos por modelos simplificados. En ese caso, el número esperado de eventos en lugar se puede escribir como

cuando las sumas son a la vez más de sólo los modos de producción cubiertos por modelos simplificados. Se podría suponer, además, que la Aε para todos los modos de desintegración en la teoría es similar a la Aε promedio para esos eventos cubiertos por las topologías modelo simplificado. A continuación, el número esperado de eventos puede ser escrito como:

donde agapor las cuantías que se ejecutan sólo en los modelos simplificados. Claramente, se proporciona el límite mSUGRA más agresivo en este supuesto, y un límite establecido de esta manera los riesgos de reclamar la exclusión de regiones que no, de hecho, ser excluidos en el nivel de confianza del 95% mediante una búsqueda específica. Aunque la exactitud de estas dos aproximaciones puede ser sospechoso, si la cinemática de eventos inclusivos de los modelos simplificados se comparan favorablemente con un punto espacio de parámetros SUSY completa, puede que no sean razonables.

† Algunos modelos simplificados que ahora se utilizan en el LHC incluyen la producción asociada. Si bien no se discuten explícitamente aquí, las ecuaciones pueden ser trivialmente extendidos para permitir que para este caso.

Protocol

1. Modelo Deconstruction

1. Generar eventos de colisión protón-protón que cubren un avión en el espacio de parámetros del MNP. Cualquier configuración de generador de eventos que incluye una ducha y parton modelo hadronization se puede utilizar. En el caso de mSUGRA por ejemplo, los espectros de masas se generan utilizando Isasugra ^33, y las fracciones de ramificación y anchuras de desintegración se calculan utilizando MSSMCalc ^34. Para la propia generación de eventos, MadGraph 5 1.3.9 ³⁴ con funciones de densidad de Parton CTEQ 6L1 ³⁵ se utiliza para generar eventos matriz de elementos, ya que incluye la radiación adicional en el elemento de matriz, que puede ser importante para las pequeñas escenarios masa de reparto. Con el fin de imitar las elecciones de los experimentos del LHC "de generadores de orden líder para mSUGRA, la radiación adicional en el elemento de matriz MadGraph se desactiva cuando se generan eventos mSUGRA. Pythia 6.425 ³⁶ se utiliza entonces para partículas SUSY (spartícula) decaimiento, ducharse parton,y hadronization. Amplia documentación para cualquiera de estos programas está disponible en la web.
2. Con el fin de imitar un detector LHC, pasar los acontecimientos a través de la DGP con una tarjeta parámetro LHC-detector. Las tarjetas de detectores ATLAS y CMS incluyen con MadGraph 5 ³⁴ realizar lo suficientemente bien como para el análisis de la búsqueda de la mano. Cuando estén disponibles, las parametrizaciones de la identificación y el rendimiento de los experimentos harán públicas con algunos análisis puede ser utilizado. Lo ideal sería que los experimentos proporcionarán mapas completos de la aceptación y la eficacia de una serie de rejillas modelo simplificado, en cuyo caso estos pueden ser utilizados directamente y este paso no es necesario.
3. Con el fin de analizar los resultados de forma rápida, un formato de datos ligero intermedio es deseable. Se recomienda la extracción de los jets, leptones estables, falta de energía transversal, y cualquier otro objeto de estado final, necesarios desde la salida PGS (por ejemplo, utilizando ExRootAnalysis ³⁴⁾ en un formato conveniente.
4. Con el fin de to clasificar los resultados, se correlacionan los resultados del evento de SPG con la parte del registro del evento generador necesario clasificar la producción spartícula y modos de desintegración para cada evento. Lleve un registro de todas las masas de las partículas, los mecanismos de producción y cadenas de desintegración, así como sus respectivos conteos con el fin de ser capaz de calcular la fracción de ramificación correspondiente.
5. Calcula la mejor producción de la sección transversal cálculos disponibles para el modelo de su interés. En el caso de mSUGRA, próxima a líder de pedidos secciones transversales para cada punto se puede calcular utilizando Prospino 2.1 ³⁷ con LLN-Fast ³⁸ usando CTEQ 6.6 PDFs ONL.

2. Modelo Reconstrucción

1. Sobre la base de la ruptura del modelo de deconstrucción, elegir un diccionario de modelos simplificados de manera que cubra al menos el 50% de los modos de producción y de desintegración abiertas de la NPM. Debido a la sección transversal-en rápido descenso de la mayoría de los modelos de BSM con la masa, un factor de dos en típicamente aceptacióncamente representa sólo 20-50 GeV en el límite, por lo que este lo suficientemente cerca como para estar dentro de las incertidumbres experimentales y teóricos. Mayoría de la caries directo y modelos de desintegración de un solo paso, incluyendo caries off-shell/three-body, han sido considerados por los experimentos del LHC. CMS ha recogido una serie de resultados simplificados exclusión modelo en un solo documento de ^21. Tanto ATLAS y CMS también han considerado una serie de modelos simplificados-sabor pesado. La lista completa de los modelos no ha sido puesta a disposición del público en un solo lugar. Sin embargo, los resultados están disponibles en las páginas web públicas de los dos experimentos de los ^{39, 40.} Estos son los modelos simplificados que se seleccionará a partir de la reconstrucción de la NGP.
2. Con el fin de probar la calidad de la cobertura de modelo simplificado, comparar la cinemática de unos pocos puntos de la NGP representativos con los que resultan de los modelos simplificados utilizados para reproducir ese punto. Para un punto dado NGP, la construcción de los modelos simplificados pertinentes con elmasas apropiadas.
3. Asignar un peso a cada tipo de modelo que incluye la fracción de producción representado por ese simplificada veces modelo de la fracción de ramificación de la decadencia representada por ese modelo.
4. Para la producción asociada, si se consideran sólo los modelos simplificados de producción de pares, divida el peso entre los dos modelos simplificados pertinentes.
5. Se recomienda aplicar una serie de simplificaciones motivados físicamente a las topologías de eventos de la NGP para grupos similares de producción-y de desintegración-modos.
6. Normalizar la suma de los pesos de todos los modelos simplificados para la unidad.
7. Calcular las distribuciones cinemáticas para los puntos de la NGP representativas utilizando el procedimiento de generación de eventos se describe en el protocolo anterior.
8. Si la cinemática del punto de MNP después de las selecciones de señal típicos difieren en más de σ (30%) de las de los modelos simplificados combinados, incluir modelos simplificados adicionales para mejorar la producción y la decadenciacobertura espacio-fase. Las discrepancias sobre el nivel del 15% tienen un impacto insignificante en los resultados finales de exclusión debido a la rápida caída secciones transversales en la mayoría de los nuevos modelos de la física.

3. Limite Construcción

1. Obtener la Aε disponible y pertinente y el 95% de límite superior de nivel de confianza en el número de nuevos eventos de física para los modelos simplificados que se están considerando en cada región de la señal experimental que se puede aplicar.
2. Aplicar las ecuaciones 1 y 3-5 para el MNP de interés en cada punto del espacio de parámetros para determinar en qué se excluye (en su caso) los supuestos del punto.
3. Utilice el límite establecido por la región de la señal con el mejor rendimiento esperado, a menos que se dispone de las correlaciones entre las incertidumbres de fondo de las regiones de señal "para que las regiones se pueden combinar adecuadamente ‡.
4. Con la comparación de la cinemática realizados con el protocolo anterior y la propagación de los contornos de exclusión, determinar la RAENS en el que la exclusión experimentales mienta.

‡ En la actualidad, no hay tales correlaciones están disponibles.

Results

Después de haber aplicado el paso deconstrucción modelo a un punto en el espacio de parámetros de mSUGRA, un desglose de la salida puede ser mejor visualizado contando los diversos modos de producción y de decaimiento para todos los eventos generados y trazar las tasas de producción correspondientes y ramificación fracciones de acuerdo a la frecuencias relativas. Las fracciones de ramificación para los distintos modos de producción y de desintegración para los puntos de mSUGRA representativos se ilustran en las ...

Discussion

La aplicación de los límites de modelos simplificados para producir un contorno de exclusión en un modelo completo nueva física se ha demostrado. A pesar de la aparente complejidad de mSUGRA puntos espacio de parámetros, la cinemática se pueden bien reproducidos por una combinación de sólo un pequeño número de modelos simplificados. El acuerdo cinemática se mejora aún más cuando se mira dentro de una región señal en particular, ya que las búsquedas realizadas hasta el momento en el LHC tienden a favorecer a las topologí...