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Ajuste de los límites de supersimetría Usar modelos simplificados

Published: November 15, 2013 doi: 10.3791/50419
Automatic Translation
1, 2,3
1Department of Physics and Astronomy, University College London, 2CERN, 3Physics Division, Lawrence Berkeley National Laboratories

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

Ecuación 1
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

Ecuación 2
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,

Ecuación 3
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

Ecuación 4
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:

Ecuación 5
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.

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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.

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Representative 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 Figuras 2 y 3. Un gran número de cifras similares para otros puntos en el espacio de parámetros SUSY están disponibles en línea 41.

Para el caso de mSUGRA, algunas de las tendencias en todo el espacio de las fases están presentes, como se demuestra en la Figura 4. Producción Squark domina en el bajo-m 0, alto m la región 1/2, y la producción gluino domina en el alto-m 0, m bajo la región 1/2. En la regióndonde la producción squark domina, squark directa decae a la partícula supersimétrica más ligera (LSP) se ven favorecidos. En las regiones donde domina la producción gluino, sin embargo, los decaimientos directos del gluino a la LSP no comprenden más de ~ 30% del espacio total de fase de caída. En la región interyacente, la producción directa chargino constituye una contribución no despreciable, sobre todo hacia la alta m 0 y alta m 1/2, donde los squarks y gluinos son pesados. Este plano mSUGRA, por lo tanto, puede ser cubierto por cinco modelos (SM) escenarios simplificados:

  • Par-producción de squarks, que se desintegran directamente a la LSP a través de la emisión de un quark (SM 1);
  • Par-producción de gluinos, que se desintegran directamente a la LSP a través de la emisión de un Dos quarks (SM 2);
  • Par-producción de squarks, que se desintegran en un solo paso para el LSP. El squark decae a un chargino a través de la emisión de un quark y el chargino decae a la LSP a través de la emisión de un W-boso N (SM 3);
  • Par-producción de gluinos, que se desintegran en un solo paso para el LSP. El gluino decae a un chargino a través de la emisión de dos quarks, y el chargino decae a la LSP a través de la emisión de un bosón W (SM 4), y
  • Par-producción de charginos, que se desintegran directamente a la LSP a través de la emisión de un Higgs-W (SM 5).

La fracción de eventos mSUGRA clasificadas como pertenecientes a uno de estos cinco modelos simplificados se muestra en la Figura 5. Para el ejemplo mSUGRA, se hacen las siguientes aproximaciones simplificadoras adicionales: Cuando el squark decae al gluino, la decadencia gluino se cuenta en la clasificación de la topología de eventos, y la decadencia de la squark al gluino se cuenta como un chorro adicional en caso ("jets plus"), como si fuera idéntico al inicializar o radiación-estado final. Cuando el gluino decae a través de un squarkiles/ftp_upload/50419/50419gtilde.jpg "/> → q qtilde , qtilde → q Sin embargo, el estado final de la decadencia sigue apareciendo como si el gluino había producido dos chorros y decaído directamente, omitiendo el paso squark, salvo algunas (pequeñas) diferencias en la cinemática. Para estos casos, por lo tanto, la cadena de desintegración se clasifica como si el gluino decayó a través de la emisión de un par de quarks sin squark intermedio ( gtilde → qq ), En lugar de clasificar como el decaimiento squark con unchorro de radiación-como-estado final inicial o adicional ( qtilde → q además de chorro (s)). Producción squark-gluino Asociado se divide uniformemente entre los modelos simplificados squarks y gluino. Con estas aproximaciones, es posible clasificar a una gran parte de los acontecimientos SUSY como uno de los cinco modelos simplificados bajo consideración. Este es el primer paso hacia el modelo de reconstrucción.

La cinemática de eventos para dos puntos espacio de parámetros mSUGRA, junto con una combinación de modelos simplificados usados ​​para imitar ellos, se muestran en las Figuras 6, 7, y 8. Estos dos puntos se deconstruido usando el método descrito anteriormente, y los cinco modelos simplificados seleccionados se construyen y se combinan de acuerdo con los espectros de masas, las tasas de producción, yfracciones de ramificación de los puntos. Los eventos modelo simplificado se generaron y analizaron de una manera idéntica a los eventos mSUGRA. Aquí, cuatro de las variables cinemáticas clave utilizadas en las búsquedas supersimetría LHC se muestran: que conduce el impulso chorro transversal (p T), leptones p T, la energía que falta transversal, y la masa efectiva, que se define como la suma escalar de la transversal momentos de las cuatro principales chorros y el leptón. Dos características son visibles en la masa efectiva, lo que lleva a reacción, y la falta de energía distribuciones transversales, que corresponde a la producción y weakino fuerte producción. En estas distribuciones inclusive, algunas discrepancias son claramente visibles. El bajo-p cola T leptones, por ejemplo, es predominantemente de desintegraciones tau que no están cubiertos por cualquiera de los modelos simplificados. La energía transversa faltante baja, región de baja masa efectiva es en parte de LSP-X de producción asociado, que no se modela. La mayoría de las características cinemáticas se describenlo suficientemente bien por PGS para los fines de una búsqueda en un espacio de parámetros con la rápida caída de fondo. Tasas de falsos Tau siguen siendo un desafío importante para una parametrización de resultados de análisis de tau, y abordar completamente esta cuestión queda fuera del ámbito de este protocolo.

Sin embargo, los recortes de la mayoría de las regiones de señales utilizadas en el LHC son tales que las topologías de decaimiento simples se seleccionan en los más complejos, eventos multiplicidad menudo más suaves o más. Por lo tanto, la selección de la región de la señal tiende a mejorar la descripción de la cinemática del evento por los modelos simplificados. Comparación en una región uno leptónico-similar a la utilizada en un reciente búsqueda ATLAS SUSY 16 se muestran en las figuras 7 y 8. El acuerdo, tanto en forma y colas es significativamente mejor. La cinemática para los modelos simplificados comparan bien a los incluido cinemática modelo SUSY, lo que sugiere que la eficacia y la aceptación de un punto SUSY completa pueden ser bien descritospor una combinación limitada de modelos simplificados. Por supuesto, la cinemática de sólo aquellos eventos correspondientes a SUSY topologías descritas por los modelos simplificados son idénticos a sus homólogos modelo simplificado. Esto sirve como una confirmación de que esos eventos no cubiertos por estos modelos simplificados son o bien una pequeña fracción de los eventos totales o cinemáticamente similares a los que están cubiertos. Esto completa la etapa de reconstrucción modelo en el caso de mSUGRA.

El procedimiento de establecimiento de límites en la sección 3 se aplica entonces al plano mSUGRA con β tan = 10, A 0 = 0 y μ> 0, usando las regiones de señal desde el ATLAS búsqueda cero leptón 16. Cinco regiones de señal se incluyen en esta búsqueda, y la región de la señal con el límite más esperada se utiliza para cada punto. Un punto se considera que ser excluidos si el número de eventos SUSY esperados en la región óptima de la señal supera el nivel observado de confianza del 95%límite superior en los nuevos eventos de física en esa región de la señal. Los resultados de la exclusión modelo simplificado se comparan con la exclusión cero-leptón sin incertidumbres sistemáticas en la señal, como se discute anteriormente, en la Figura 9. Cuatro curvas de exclusión modelo simplificado se muestran, correspondiente a las Ecuaciones 1 y 3-5. En comparación con el límite de exclusión cero-leptón, el enfoque basado simplificada-modelo-más conservadora hace bastante mal en la región dominada por qtildegtilde y weakino asociada producción, falta el límite correcto hasta ~ 100 GeV. Este es también en parte debido a la relativamente complicada decaimiento de la gluino (CF gran número de modos abiertos en la Figura 3). La cobertura es mucho más cerca del límite de la verdaderapara la región dominada por qtildeqtilde y gtildegtilde la producción, para los que el límite modelo derivado simplificado está dentro de 40 GeV del límite verdadero.

Esta receta omite el tratamiento de las incertidumbres teóricas sobre el modelo de señal. De hecho, los experimentos del LHC actualmente no tratan estas incertidumbres de una manera coherente, ni están todas las incertidumbres incluidos. Ningún experimento, por ejemplo, incluye cualquier incertidumbre en el cálculo de masas visibles de los parámetros de escala GUT. Los límites thpor lo que aquí se presentan, por lo tanto, se debe esperar que difieren de los límites publicados. En la Figura 10, los límites de exclusión atlas publicado en el canal cero leptón se comparan con los obtenidos aquí sin ninguna incertidumbre sistemática en la señal. El límite sin incertidumbres de señal es claramente mayor que el límite publicado. Para el resto del artículo, el límite y sin incertidumbres sistemáticas sobre la señal será tomada como la "respuesta correcta" puede llegar a utilizar modelos simplificados. La incertidumbre teórica se puede añadir a ambos de la misma manera y afectará a ambos límites en aproximadamente de la misma manera.

Con el fin de retratar a los resultados alcanzables con los recursos actuales con la mayor precisión posible, los puntos de modelo simplificado se generan en una cuadrícula que corresponde aproximadamente a la que ya está en uso por el experimento ATLAS 17. Entre estos puntos, Aε se interpola en el m bidimensionalsquark / m gluino = m rejilla LSP. Debido a SM 3 y SM 4 son tres rejillas dimensionales, y porque es poco probable que los experimentos proporcionarán completo Aε en tres dimensiones, se utilizan tres valores de masa chargino intermedia: m chargino = x × (m squark / gluino - m LSP) + m LSP, x = 0.25, 0.5, y 0.75. Para interpolar entre estos tres planos de dos dimensiones, se utiliza un sencillo ajuste cuadrático. Al acercarse a los límites de la LSP m = m chargino ym squark / gluino, los modos de desintegración natural se apagan, lo que hace más complicada la interpolación innecesario.

De la comparación de las curvas de exclusión, de hecho uno puede ver que un límite de exclusión conservadora establece utilizando la ecuación. 1 sigue el límite de exclusión "correcta" bastante bien en las regiones del espacio de fases que están bien cubiertos por el modo simplificadols (Figura cf 5). En las regiones que no están tan bien cubiertos, Eq. 3 todavía proporciona un límite conservador. El límite establecido por la ecuación agresiva. 5 sobreestima la exclusión de hasta un 40 GeV en la región squark dominada y por un máximo de 100 GeV en la región gluino dominado por el espacio de fase, debido a la suposición de que las largas cadenas de desintegración gluino están bien modelado por las cadenas más cortas de la modelos simplificados no son válidos en algún nivel. En términos de cobertura parámetro-espacio, los límites conservadores bajo-cubierta en un 20%, los dos límites Media, bajo la cubierta en un 10%, y el límite agresiva sobre-cubiertas en un 10%. Naturalmente, la ampliación del diccionario de modelos simplificados disponibles mejoraría el límite conservador y reducir el límite agresivo como más correcto Aε están incluidos para más modos de producción y de decaimiento. Sin embargo, incluso con este pequeño número de modelos simplificados, el conservador conjunto límites están cerca del resultado "correcto".

Para fines demostrativos, los límites también se colocan en una región señal mSUGRA a alta β bronceado. Los límites se muestran en la Figura 11. Con base en el acuerdo observado en la Figura 10, la exclusión experimental debe estar un poco más allá de la exclusión establecida por la ecuación. 3.

Al extrapolar teorías para más exóticos, o incluso en la ampliación de la aplicabilidad de una pequeña lista de los modelos simplificados para Susy teorías, varias aproximaciones se pueden hacer:

  1. Que los chorros de sabor fuerte son idénticos a los chorros de luz de sabor para las búsquedas que no incluyen el marcado sabor;
  2. Eso fotones son idénticos a los jets para las búsquedas que no identifican fotones;
  3. Que más de la mitad del tiempo, chargino (neutralino) decae a la LSP a través de la emisión de un bosón W (Z-boson) producen una firma funcionalmente idéntica a gluino desintegra mediante emisión de dos quarks.
t "> Estas aproximaciones son físicamente bien motivados y deben dar lugar a límites que aún están en concordancia con los resultados experimentales completos.

Figura 1
Figura 1. Izquierda, la Aε pública para el ATLAS tres jet "flojo" región señal de un leptón 17. Derecha, la misma que se reproduce en el MadGraph + configuración Pitia + PGS utilizada aquí. Algunas diferencias son de esperarse de los diferentes generadores y estadísticas más altas usadas aquí, pero los dos se suceden muy de cerca. Haz clic aquí para ver más grande la figura .

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Figura 2. Bifurcación ratios para los mecanismos de producción SUSY y modos de desintegración en el espacio de parámetros mSUGRA. La fila superior (m 0 = 300 GeV, m 1/2 = 600 GeV, tan (β) = 10, A = 0 0 GeV, y μ> 0 ) es típica de la región en el espacio de parámetros que está dominado por la producción squark, y la fila inferior (m 0 = 1.000 GeV, m 1/2 = 350 GeV, tan (β) = 10, A = 0 0 GeV, y μ > 0) es típico de la región en el espacio de parámetros mentir un poco en medio de los dos extremos. Para mayor claridad, los modos de producción y de desintegración se enumeran sólo si su fracción de ramificación es mayor que 0,5%. Las etiquetas "SM" con un número se dan a los modos de desintegración que corresponden a los modelos simplificados discutidos en el protocolo de la reconstrucción del modelo.les/ftp_upload/50419/50419fig3large.jpg "target =" _blank "> Haga clic aquí para ver más grande la figura.

Figura 3
Figura 3. Bifurcación ratios para los mecanismos de producción SUSY y modos de desintegración en el espacio de parámetros mSUGRA. La fila superior (m 0 = 300 GeV, m media = 500 GeV, tan (β) = 25, A = 0 1500 GeV, y μ> 0) es típico de la región en el espacio de parámetros que está dominado por la producción squark, y la fila inferior (m 0 = 2.100 GeV, m 1/2 = 100 GeV, tan (β) = 45, A = 0 500 GeV y μ> 0) es típico de la región dominada por la producción gluino. Para mayor claridad, los modos de producción y descomposición aparecen únicamente sisu fracción de ramificación es mayor que 0,5%. Las etiquetas "SM" con un número se dan a los modos de desintegración que corresponden a los modelos simplificados discutidos en el protocolo de la reconstrucción del modelo. Los modelos en las regiones blancas no tenían hechos descritos por modelos simplificados, con limitadas estadísticas de Monte Carlo. Haga clic aquí para ver más grande la figura .

Figura 4
Figura 4. Variación de las fracciones de desintegración, en porcentaje, de los principales modos de producción SUSY y desintegración en el espacio de parámetros mSUGRA con tan (β) = 10, A 0 y μ> 0. La esquina superior derecha, donde las partículas-son fuertes pesada, incluye un contr significativa ibution de la producción weakino. Los modelos en las regiones blancas no tenían hechos descritos por modelos simplificados, con limitadas estadísticas de Monte Carlo. Haga clic aquí para ver más grande la figura .

La figura 5
Figura 5. El porcentaje de eventos mSUGRA clasificadas como pertenecientes a uno de los cinco modelos simplificados considerados en este documento, para bajo tan (β) (izquierda) y alta-tan (β) (derecha). Haga clic aquí para ver más grande la figura .

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Figura 6. Cinemática de un punto mSUGRA dominado por squark-producción (m 0 = 300 GeV, m 1/2 = 600 GeV, tan (β) = 10, A = 0 0 GeV, y μ> 0) y un conjunto de cinco modelos simplificados construyeron utilizando el mismo espectro de masas. agujas del reloj desde la parte superior izquierda, que conduce jet p T, que conduce muon p T, masa efectiva, y la energía que falta transversal. No Selección de la señal se ha aplicado. Haga clic aquí para ver más grande la figura .

La figura 7
Figura 7. Cinemática de una squark-productorespunto mSUGRA dominado por cción (m 0 = 300 GeV, m 1/2 = 600 GeV, tan (β) = 10, A = 0 0 GeV, y μ> 0) y un conjunto de cinco modelos simplificados construyen utilizando la misma masa espectro. agujas del reloj desde la parte superior izquierda, que conduce jet p T, que conduce muon p T, masa efectiva, y la energía que falta transversal. Una selección de señal similar a la de un leptón cuatro jet "apretado" búsqueda ATLAS SUSY se ha aplicado. Haga clic aquí para ver más grande la figura .

Figura 8
Figura 8. Cinemática de un punto mSUGRA complejo (m 0 = 1.000 GeV, m 1/2 =350 GeV, tan (β) = 10, A = 0 0 GeV, y μ> 0) y un conjunto de cinco modelos simplificados construido utilizando el mismo espectro de masas. Agujas del reloj desde la parte superior izquierda, que conduce jet p T, que conduce muon p T , masa efectiva, y la energía transversa faltante. Una selección de señal similar a la de un leptón cuatro jet "apretado" búsqueda ATLAS SUSY se ha aplicado. Haga clic aquí para ver más grande la figura .

Figura 9
Figura 9. Combinado límites de exclusión cero leptones para los modelos mSUGRA con β tan = 10, A 0 = 0 y μ> 0 (10a) en comparación con el límite de la exclusiónobtenido usando modelos simplificados sólo (10b). La región de la señal que proporciona el mejor límite de espera se toma para un punto dado en el espacio de parámetros. El límite de nivel de confianza del 95% esperado se muestra como una línea azul discontinua, y el límite observado se muestra como una línea roja sólida. Los resultados de búsquedas anteriores también se muestran para propósitos de comparación 42-48, aunque algunos de estos límites fueron producidos usando ligeramente diferentes opciones de parámetros. Los límites de modelo simplificado se generan utilizando cuatro conjuntos diferentes de los supuestos, que corresponden a las ecuaciones de carrera en el cuerpo del texto. Haga clic aquí para ver más grande la figura .

Figura 10
Figura 10. Combinado límites de exclusión cero leptones paraModelos mSUGRA con β tan = 10, A 0 = 0 y μ> 0 16 (izquierda) en comparación con el límite de exclusión obtenidos utilizando PGS y sin una incertidumbre sistemática en la señal. La región de señales que proporcionan el mejor límite esperado se da por una punto dado en el espacio de parámetros. El límite de nivel de confianza del 95% esperado se muestra como una línea azul discontinua, y el límite observado se muestra como una línea roja sólida. Los resultados de las búsquedas se muestran también a efectos comparativos 42-48, aunque algunos de estos límites fueron producidos usando ligeramente diferentes opciones de parámetros. Haz clic aquí para ver más grande la figura .

Figura 11
Figura 11. límites de exclusión para los modelos mSUGRA con β tan = 40, A = 0 -500 GeV y μ> 0 (izquierda) y β tan = 20, A = 0 500 GeV y μ> 0 (derecha) obtenidos usando modelos simplificados sólo . Límites combinados se obtienen mediante el uso de la región de la señal que genera el mejor límite de espera en cada punto en el espacio de parámetros. Los límites de modelo simplificado se generan utilizando cuatro conjuntos diferentes de los supuestos, que corresponden a las ecuaciones de carrera en el cuerpo del texto. Haga clic aquí para ver más grande la figura .

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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 topologías de eventos-como modelo simplificado con un (relativamente) pequeño número de objetos de alta T-p.

Los contornos de exclusión derivados de los modelos simplificados se comparan favorablemente con los ya publicados con búsquedas específicas. Con este procedimiento, es posible refundición trivialmente resultados de exclusión en teorías SUSY más exóticos, o incluso en teorías nonSUSY con firmas incluidas en modelos simplificados. Este método permite, además, una ruta simple para la preservación de los datos de unnd aplicación de búsquedas actuales de las teorías futuras.

En la práctica, este enfoque significa un recurso significativo ahorro para los experimentos del LHC y un gran beneficio para los teóricos del LHC y fenomenólogos. Por refundición teorías utilizando la información disponible en el elemento de matriz y las probabilidades de desintegración, sin simulación informática intensiva del modelo hay que hacerlo. En su lugar, los experimentos puedan prestar libremente sin rodeos resultados de exclusión en una gran variedad de modelos teóricos que incluyen - pero no puede ser completamente cubiertos por - simples firmas estatales finales. Del mismo modo, los teóricos no deben esperar a que los experimentos del LHC para producir límites en su modelo favorita. Aunque los modelos simplificados pueden no cubrir todos los modos de producción y de desintegración de un modelo, con un número relativamente pequeño de modelos simplificados es posible cubrir una gama bastante amplia de posibilidades. Las exclusiones adquiridos de esta manera no se superponen con precisión los resultados de una experiencia completaBúsqueda mental. En la era actual de búsqueda LHC, sin embargo, dan una estimación crítica y sorprendentemente preciso de cuánto espacio de la teoría ya ha sido excluido por las búsquedas ya realizadas, y lo mucho que pueden estar abiertos al descubrimiento.

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Disclosures

Los autores son a la vez miembros de la Colaboración ATLAS. Sin embargo, no hay recursos internos ATLAS, monetarias o de otro tipo, se utilizaron en la realización de este trabajo.

Acknowledgments

Los autores desean agradecer a Jay Wacker para la discusión significativa de modelos simplificados y peligros potenciales. Muchas gracias también a Max Baak y Till Eifert para la crítica constructiva y el aliento cada vez que era necesario. Gracias al Programa de Verano para Estudiantes CERN para hacer posible esta colaboración.

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Gütschow, C., Marshall, Z. Setting Limits on Supersymmetry Using Simplified Models. J. Vis. Exp. (81), e50419, doi:10.3791/50419 (2013).

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