Ustawianie granic supersymetrii przy użyciu uproszczonych modeli

Ogólnym celem niniejszej procedury jest zastosowanie istniejących ograniczeń dla modeli uproszczonych do zupełnie nowych modeli fizycznych. Osiąga się to poprzez wstępną dekonstrukcję nowego modelu fizycznego na jego poszczególne procesy i mody. Drugim krokiem jest sporządzenie listy modeli uproszczonych, które obejmują procesy występujące w nowym modelu fizycznym.

Następnie kinematykę wybranych modeli uproszczonych należy zweryfikować w odniesieniu do kinematyki pełnego punktu, aby zapewnić pełny zakres pokrycia. Ostatnim krokiem jest przeliczenie istniejących limitów dla tych modeli uproszczonych na limity dla nowego modelu fizycznego. W rezultacie szacowane limity z wykorzystaniem modeli uproszczonych służą do wykazania, że przybliżone limity można uzyskać bez przeprowadzania dedykowanych badań Monte Carlo.

Główną zaletą tej techniki w porównaniu z istniejącymi metodami jest to, że w celu uzyskania użytecznego limitu nie ma potrzeby walidowania ani uruchamiania symulacji detektora. Metoda ta daje teoretykom nowy sposób wykorzystania wyników eksperymentalnych. Osoby rozpoczynające naukę o fizyce poza Modelem Standardowym zazwyczaj zmagają się z pozorną złożonością nowych modeli fizycznych.

Dzięki tej metodzie jesteśmy jednak w stanie niemal w pełni odtworzyć kinematykę pełnego modelu, co przy niewielkiej liczbie modeli uproszczonych znacznie ułatwia pracę. Pierwszym krokiem w badaniu minimalnej supergrawitacji przedstawionej w tym filmie lub jakiegokolwiek nowego modelu fizycznego jest generowanie zdarzeń zderzeń proton-proton obejmujących płaszczyznę w jego przestrzeni parametrów. W tym celu należy wykorzystać zestaw oprogramowania, które generuje zdarzenia z prysznicami partonowymi i zawiera model hadronizacji.

Przepuść zdarzenia przez pakiet oprogramowania do symulacji PGS (Pretty Good Simulation) z kartą parametrów detektora Wielkiego Zderzacza Hadronów i wyodrębnij obiekty stanu końcowego. Następnie wykorzystaj wyniki zdarzeń PGS oraz zapis zdarzeń z generatora, aby sklasyfikować produkcję sparty w zależności od trybów rozpadu. Monitoruj wszystkie masy cząstek, mechanizmy produkcji, łańcuchy rozpadów oraz ich odpowiednią liczbę, a następnie wykorzystaj te dane do obliczenia ułamków rozgałęzień.

Oblicz optymalne przekroje czynne produkcji dla rozważanego modelu. Rozpocznij rekonstrukcję modelu, wybierając punkt w przestrzeni parametrów nowej fizyki. Zamodeluj półpłaszczyznę M zero M1 w minimalnej supergrawitacji.

Wyznacz kanały produkcji dla tego punktu i odnotuj te najważniejsze dla tego samego punktu w przestrzeni parametrów. Wyznacz istotne kanały rozpadu. Przeskanuj przestrzeń parametrów i powtarzaj te kroki do momentu uzyskania słownika modeli uproszczonych, które obejmują co najmniej 50% otwartych kanałów produkcji i rozpadu modelu nowej fizyki. Następnie przystąp do testowania jakości modelu uproszczonego.

Wybierz reprezentatywny punkt nowego modelu fizycznego i skonstruuj w nim odpowiedni model uproszczony, stosując właściwe masy. Powtórz tę procedurę dla kilku punktów, co pozwoli uzyskać kilka modeli uproszczonych. Rozpocznij od jednego modelu uproszczonego i nadaj mu wagę proporcjonalną do jego ułamka produkcji pomnożonego przez ułamek rozgałęzienia.

Następnie do pierwszego modelu dodaj drugi model ważony. Postępuj w ten sam sposób dla każdego z pozostałych modeli, aby uzyskać sumę wszystkich modeli. Następnie, korzystając z procedury generowania zdarzeń, oblicz rozkłady kinematyczne dla reprezentatywnych punktów minimalnej supergrawitacji i porównaj je z rozkładami dla połączonego modelu uproszczonego.

Jeśli kinematyka różni się o więcej niż 30%, należy uwzględnić dodatkowe modele uproszczone, aby poprawić pokrycie dla najbardziej konserwatywnego ograniczenia. Konstrukcję ograniczenia należy rozpocząć od rozważenia przedstawionego tutaj wyrażenia na oczekiwaną liczbę zdarzeń. Należy wyznaczyć odpowiednie iloczyny akceptancji i wydajności.

Wybierz punkt w przestrzeni parametrów i wykorzystaj to równanie, aby przetestować zachowanie nowego modelu fizycznego w sytuacji, gdy nie przyjmuje się żadnych założeń dotyczących zdarzeń, które nie zostały wyraźnie uwzględnione w modelu uproszczonym. Aby uzyskać bardziej realistyczny limit dla tego samego punktu w przestrzeni parametrów, przetestuj nowy model fizyczny przy założeniu, że wydajność produkcji stowarzyszonej nie różni się znacząco od wydajności produkcji par.

Aby przeprowadzić bardziej agresywny test graniczny, sprawdź punkt w przestrzeni parametrów z założeniem, że tryby produkcji, które nie zostały uwzględnione wprost, są porównywalne z tymi, które zostały włączone. Aby uzyskać najbardziej agresywną możliwą granicę, dodaj założenie, że tryby rozpadu nie zostały uwzględnione wprost.

Uproszczone modele są porównywalne z modelami zawartymi w zestawieniu. Przy założeniu braku informacji o korelacjach, należy zastosować limit wyznaczony przez region sygnału o najlepszej oczekiwanej wydajności. Wykres ten przedstawia przykładowy limit wykluczenia dla kanału zero lept w modelach minimalnej supergrawitacji przy stosunku wartości oczekiwanych próżni Higgsa równym 10, sprzężeniu liniowym równym zero oraz dodatnim parametrze masy.

Łączne limity uzyskano z wykorzystaniem obszaru sygnału, który generuje najlepszy oczekiwany limit w każdym punkcie przestrzeni parametrów. Niebieska przerywana linia przedstawia oczekiwany limit na poziomie ufności 95%. Nie uwzględniono teoretycznych niepewności systematycznych.

Krzywa ciągła koloru czerwonego przedstawia wynik obserwowanej granicy; pokazano również wyniki poprzednich poszukiwań z różnymi wyborami parametrów. Przedstawiono tutaj granice wykluczenia uzyskane przy użyciu wyłącznie modeli uproszczonych dla każdego z kolejno bardziej agresywnych założeń przyjętych w analizie. Granice są oznaczone numerami równań z rękopisu.

Aby dokonać porównania z eksperymentem Atlas, interpolowano iloczyn współczynnika akceptacji i wydajności. Najbardziej konserwatywny limit wykluczenia podąża za limitem dedykowanego wyszukiwania w obszarach dobrze objętych modelami uproszczonymi; najbardziej agresywny limit zawyża wykluczenie do 40 GeV w obszarze zdominowanym przez squarki i do 100 GeV w obszarze zdominowanym przez gluino. Należy zauważyć, że nawet przy małej liczbie zastosowanych modeli uproszczonych, ustalone konserwatywne limity są bliskie poprawnego wyniku.

Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze rozumieć, jak wykorzystać istniejące ograniczenia eksperymentalne do ustalenia limitu dla dowolnego nowego modelu fizycznego. Podczas przeprowadzania tej procedury ważne jest, aby dokładnie pamiętać, jakie założenia przyjęto w odniesieniu do stanów końcowych oraz czy założenia te są fizycznie uzasadnione i poprawne.