Grenzen stellen op Supersymmetry behulp vereenvoudigd Modellen

Het algemene doel van deze procedure is om bestaande limieten van vereenvoudigde modellen toe te passen op volledig nieuwe natuurkundige modellen. Dit wordt bereikt door het nieuwe natuurkundige model eerst te deconstrueren in de bijbehorende processen en modi. De tweede stap is het samenstellen van een lijst met vereenvoudigde modellen die de processen in het nieuwe natuurkundige model dekken.

Vervolgens moet de kinematica van de gekozen vereenvoudigde modellen worden gevalideerd ten opzichte van de kinematica van een volledig punt om volledige dekking te garanderen. De laatste stap is het converteren van bestaande limieten op deze vereenvoudigde modellen naar limieten op het nieuwe natuurkundige model. Uiteindelijk worden de geschatte limieten met behulp van vereenvoudigde modellen gebruikt om aan te tonen dat benaderende limieten kunnen worden verkregen zonder specifieke Montecarlo-studies.

Het belangrijkste voordeel van deze techniek ten opzichte van bestaande methoden is dat er geen detectorsimulatie gevalideerd of uitgevoerd hoeft te worden om een bruikbare limiet te verkrijgen. Deze methode biedt theoretici een nieuwe manier om experimentele resultaten te gebruiken. Personen die nieuw zijn in de natuurkunde voorbij het Standaardmodel worstelen over het algemeen met de schijnbare complexiteit van nieuwe natuurkundige modellen.

Met deze methode zijn we echter in staat om de kinematica van het volledige model bijna volledig te reproduceren met een klein aantal vereenvoudigde modellen, wat het proces aanzienlijk vergemakkelijkt. De eerste stap bij het onderzoeken van minimale supergravitatie, zoals bestudeerd in deze video, of elk nieuw natuurkundig model, is het genereren van proton-proton botsingsgebeurtenissen die een vlak in de parameterruimte beslaan. Gebruik hiervoor een verzameling software die gebeurtenissen met Parton showers produceert en een hadronisatie-model incorporeert.

Sluis de gebeurtenissen door het simulatiepakket PGS (Pretty Good Simulation) met een parameterkaart van de detector van de Large Hadron Collider en extraheer de objecten in de eindtoestand. Gebruik vervolgens de resultaten van de PGS-gebeurtenissen en het record van de generator-gebeurtenis om de productie van sparticles in vervalmodi te classificeren. Houd alle partikelmassa's, productiemechanismen, vervalketens en hun respectievelijke aantallen bij, en gebruik deze om de vertakkingsbreuken te berekenen.

Bereken de optimale productie-doorsneden voor het model van belang. Start de modelreconstructie door een punt in de parameterruimte van de nieuwe fysica te selecteren. Modelleer het M nul M1 halfvlak in minimale supergravitatie.

Bepaal de productiemodi voor dit punt en noteer de belangrijke modi voor hetzelfde punt in de parameterruimte. Bepaal de belangrijke vervalmodi. Scan de parameterruimte en herhaal deze stappen totdat er een woordenlijst van vereenvoudigde modellen is die ten minste 50% van de open productie- en vervalmodi van het model voor nieuwe fysica beslaan. Begin vervolgens met het testen van de kwaliteit van het vereenvoudigde model.

Kies een representatief punt van het nieuwe natuurkundige model en construeer daar het relevante vereenvoudigde model met behulp van de passende massa's. Herhaal dit voor verschillende punten, resulterend in meerdere vereenvoudigde modellen. Begin met één vereenvoudigd model en weeg dit met een factor die proportioneel is aan de productiefractie vermenigvuldigd met de vertakkingsfractie.

Voeg vervolgens een tweede gewogen model toe aan het eerste. Herhaal deze procedure voor elk van de overige modellen om een som over alle modellen te vormen. Bereken vervolgens de kinematische distributies voor de representatieve punten van minimale supergravity met behulp van de procedure voor gebeurtenisgeneratie en vergelijk deze met die van het gecombineerde vereenvoudigde model.

Als de kinematica met meer dan 30% verschillen, voeg dan extra vereenvoudigde modellen toe om de dekking voor de meest conservatieve limiet te verbeteren. Begin de constructie van de limiet door de hier getoonde uitdrukking voor het verwachte aantal gebeurtenissen te beschouwen. Bepaal de relevante producten van acceptatie en efficiëntie.

Kies een punt in de parameterruimte en gebruik deze vergelijking om het gedrag van het nieuwe natuurkundige model te testen wanneer er geen aannames worden gedaan over gebeurtenissen die niet expliciet in het vereenvoudigde model zijn opgenomen. Om een realistischere limiet te verkrijgen voor hetzelfde punt in de parameterruimte, test het nieuwe natuurkundige model onder de aanname dat de efficiëntie voor geassocieerde productie niet significant verschilt van die voor paarproductie.

Voor een agressievere limiettest wordt het punt in de parameterruimte getoetst met de aanname dat de productiemodi die niet expliciet zijn opgenomen, vereenvoudigde modellen zijn die vergelijkbaar zijn met die welke wel zijn opgenomen. Om de meest agressieve haalbare limiet te verkrijgen, wordt de aanname toegevoegd dat de vervalmodi die niet expliciet zijn opgenomen, dit ook zijn.

Vereenvoudigde modellen zijn vergelijkbaar met die van de opgenomen modellen. In afwezigheid van informatie over correlaties wordt de limiet gebruikt die is vastgesteld door de signaalregio met de best verwachte prestaties. Deze grafiek toont een voorbeeld van een zero lept onsluitingslimiet voor minimale supergravity-modellen met een verhouding van Higgs-vacuümverwachtingswaarden van 10, een lineaire koppeling van nul en een positieve massaparameter.

De gecombineerde limieten zijn verkregen door gebruik te maken van de signaalregio, die de best verwachte limiet genereert voor elk punt in de parameterruimte. De blauwe stippellijn geeft de verwachte limiet op het 95% betrouwbaarheidsniveau weer. Er is geen rekening gehouden met theoretische systematische onzekerheden.

De doorgetrokken rode lijn geeft de waargenomen limiet weer; resultaten uit eerdere zoekopdrachten met verschillende parameterkeuzes worden ook getoond. Hier zijn de uitsluitingslimieten die zijn verkregen met gebruik van uitsluitend vereenvoudigde modellen voor elk van de opeenvolgend agressievere aannames die in de analyse zijn gedaan. De limieten zijn gelabeld met hun respectievelijke vergelijkingsnummer uit het manuscript.

Om een vergelijking te maken met het Atlas-experiment, wordt het product van de acceptantieratio en de efficiëntie geïnterpoleerd. De meest conservatieve uitsluitingsgrens volgt de grens van de specifieke zoektocht in regio's die goed worden gedekt door de vereenvoudigde modellen; de meest agressieve grens overschat de uitsluiting met maximaal 40 GeV in de squawk-gedomineerde regio en tot 100 GeV in de Gino-gedomineerde regio. Merk op dat de vastgestelde conservatieve grenzen, zelfs voor het kleine aantal gebruikte vereenvoudigde modellen, dicht bij het correcte resultaat liggen.

Na het bekijken van deze video zou u een goed begrip moeten hebben van hoe bestaande experimentele limieten kunnen worden gebruikt om een limiet vast te stellen voor elk nieuw natuurkundig model. Tijdens het uitvoeren van deze procedure is het belangrijk om precies te onthouden welke aannames werden gedaan over de eindtoestanden en of die aannames fysisch en geldig zijn.