Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

Установка ограничений на суперсимметрии с помощью упрощенных моделей

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

Эта статья демонстрирует протокол для переделывая экспериментальные упрощенные модели пределы в консервативных и агрессивных лимитов на произвольной новой физической модели. Публично доступные LHC экспериментальные результаты можно преобразовать таким образом в пределах практически на любой новой физической модели с суперсимметрии, как подписи.

Abstract

Экспериментальные ограничения на суперсимметрии и подобных теорий как трудно установить из-за огромного свободного пространства параметров и трудно обобщать, потому что сложности отдельных точек. Таким образом, более феноменологические, упрощенные модели становятся популярными для установки экспериментальные пределы, так как они имеют более четкие физические интерпретации. Использование этих упрощенных пределах модели, чтобы установить реальное ограничение на конкретной теории не имеет, однако, было продемонстрировано. Эта статья переделывает упрощенные модели пределы в пределах на конкретном и полной модели суперсимметрии, минимальной супергравитации. Пределы, полученные при различных физических предположений сопоставимы с производства, направленных поисков. Рецепт предназначен для расчета консервативных и агрессивных ограничения на дополнительных теорий. Использование приемки и эффективности таблицы наряду с ожидаемыми и наблюдаемыми числа событий в различных регионах сигналов, LHC экспериментальные результаты можно преобразовать в этой маnner в практически любой теоретической базы, в том числе несуперсимметричных теорий с суперсимметрии, как подписи.

Introduction

Одним из наиболее перспективных расширений Стандартной модели, суперсимметрии (SUSY) 1-14, является в центре внимания многих поисков по LHC экспериментов в ЦЕРНе. Данные, собранные в 2011 году уже достаточно нажать пределы новой физики, помимо тех, о любой предыдущей коллайдера 15-22. По мере появления новых данных прибыть и исключения толкнул еще дальше, то это будет более важно четко довести до сведения сообщества физики каких регионах обширной пространстве суперсимметричных параметров не были допущены. Текущие ограничения, как правило, устанавливается на ограниченных двумерных плоскостей, которые зачастую не представляют разнообразную доступное пространство параметров SUSY и трудно понять, как ограничения на физических масс или ветвящихся фракций. Большой набор упрощенных моделей 23, 24 были предложены за пособничество в понимании этих пределах, и оба ATLAS и CMS представили результаты исключений для некоторых из этих моделей 15-20.

Эта статья демонстрирует применение этих упрощенных модельных исключений к полному новой физической модели на примере минимальной супергравитации (МсУГРА, также известный как CMSSM) 25-30. Эта модель выбрана, чтобы сравнить пределы, установленные с использованием упрощенных моделей для тех, опубликованы независимо друг от друга экспериментов. Процедура достаточно общими, чтобы быть увеличен до любого нового физическая модель (НПМ). Поскольку это представляет собой первую попытку "закрыть петлю" и установить ограничения на суперсимметрии, используя упрощенные модели, ряд предположений о применимости лимитов на отдельных упрощенных моделей рассматриваются, в результате рецептов введении охранительных и агрессивные ограничения на теории, которые имеют не рассматривался экспериментов на БАКе.

Для установки лимита в НПМ, три отдельные операции не требуется. Во-первых, НПМ должен быть деконструкции на составные части, отделяя различные произвоРежимы ие и моды распада для всех новых частиц в модели. Во-вторых, набор упрощенных моделей должен быть выбран для воссоздания кинематику и соответствующие топологии событий в НПМ. В-третьих, имеющиеся ограничения на эти упрощенные модели должны быть объединены, чтобы произвести ограничения на НПМ. Эти три процедуры описаны в протоколе. Некоторые дополнительные приближения также при условии, что может расширить применимость уже имеющихся упрощенных моделей для более широкого круга топологий событий.

Полный НПМ обычно включает множество режимов производства и множество возможных последующих распадов. Деконструкция новых моделей физики в их компонентов и применение упрощенных модельных ограничений для этих компонентов позволяет строительство исключения ограничить напрямую. Для любого региона сигнала, наиболее консервативным предел может быть установлен с помощью производства дроби P (а, б) (где а, Ь представляет собой упрощенную модель спаСтатья режим производства) событий, идентичных упрощенной модели я и ветвления фракция для выпускаемых счастиц до распада в порядке, описанных по упрощенной модели †, BR → я х BR B → I. Ожидаемое количество событий в данной сигнала региона от этих простых топологий тогда можно записать в виде

Уравнение 1
где сумма берется по упрощенных моделей, σ малыш является полное сечение точки НПМ, L внутр является интегральная светимость используется в поиске, и А.Е., б → я это принятие раз эффективность для упрощенной модели событий в Сигнал область рассматривается. Это число может быть по сравнению с ожидаемым верхнего предела 95% уровне достоверности по количеству новых физика событий то выбрать оптимальный область поиска. Модель может быть исключен, если N больше, чем наблюдаемого числа новых физических событий исключенных на уровне достоверности 95%. Исключения в непересекающихся областей могут быть объединены, если информация о корреляции их неопределенности доступно. Если эта информация не доступна, лучший сигнал или область анализа, который обеспечивает лучший ожидаемое ограничение может быть использован в попытке исключить модель.

Для того чтобы построить конкретные пределы с помощью этого метода, Ае для различных упрощенных моделей должны быть доступны по LHC экспериментов. Оба CMS и ATLAS опубликовали цифры с Ае для нескольких моделей, а некоторые из фигур доступны в базе данных HepData 31. Для того чтобы продемонстрировать ценность публикации всех таких таблиц, мы чувствуем, что важно обеспечить конкретные пределы, которые сопоставимы с уже опубликованными. Поэтому мы используем (и описывающиеэ в протоколе в качестве необязательной стадии) моделирования быстро детектор подражать эффект ATLAS или детектора CMS. Ае происходит от Довольно неплохой симулятор (PGS) 32 по сравнению с опубликованы ATLAS В упрощенной модели сетки на рисунке 1. Эти результаты достаточно близки друг к другу (в пределах примерно 25%), что, а не ждать, все результаты должны быть открытыми, результаты Ае для остальных сетей получены с использованием PGS и использовать непосредственно в оставшейся части статьи. Поскольку число общедоступных упрощенную модель результатов Ае растет, потребность в таких приближений следует значительно сократить.

Два консервативные допущения позволяют включение большего числа производственных и распада мод в пределе. Во-первых, ассоциированного рождения экспериментальная Ае, по крайней мере столь же высоко как Ае к худшему из двух режимов производства. Длявключено результаты, это вообще хорошая предположение. Минимальная ожидаемое число событий тогда будет

Уравнение 2
где первая сумма пробегает все режимы производства, а только те, где а и Ъ именно те ​​частицы из упрощенной модели включены в уравнении 1. Аналогичным образом, Ае распадов с разными ног можно предположить, что по крайней мере выше, чем Ае к худшему из двух ног. То есть,

Уравнение 3
где диаграммы с различными распадов по обе стороны уже были включены.

Еще два предположения позволит установку улПределы icter. Можно предположить, что экспериментальное Ае для всех режимов производства в теории похож на среднего Ае для режимов производства, охваченных упрощенных моделей. В этом случае, ожидаемое число событий вместо можно записать в виде

Уравнение 4
где суммы являются более только тех способов производства, охваченных упрощенных моделей. Можно было бы далее, что А £ для всех мод распада в теории похож на среднего Ае для тех событий, подпадающих под упрощенную модель топологий. Тогда ожидаемое число событий можно записать в виде:

Уравнение 5
где агав суммах работают только над упрощенных моделей. Очевидно, самым агрессивным предел МсУГРА предоставляется в рамках этого предположения, и предельное множество таким образом рискует утверждая исключение для регионов, не будет, по сути, быть исключены на уровне достоверности 95% по выделенной категории. Хотя точность этих двух приближений может быть подозреваемым, если включено кинематика событием упрощенных моделей выгодно отличаются от полного параметр сУсИ точке пространства, они не могут быть необоснованными.

† Некоторые упрощенные модели в настоящее время используются на БАКе включать соответствующие производства. Хотя явно не обсуждается здесь, уравнения можно тривиально расширена, чтобы для этого случая.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Модель Деконструкция

  1. Создать протон-протонные столкновения событий, охватывающих самолет в пространстве параметров НПМ. Любая конфигурация генератора событие, которое включает в себя партонную душ и адронизации модель может быть использована. В случае МсУГРА например, масс-спектры получены с использованием Isasugra 33, и бренчинги и ширины распадов рассчитаны с использованием MSSMCalc 34. Для самого поколения событий, MadGraph 5 1.3.9 34 с CTEQ 6L1 функций плотности партонная 35 используется для генерации события матричных элементов, так как она включает в себя дополнительное излучение в матричного элемента, который может быть важно для небольших сценариев массового расщепления. Для того, чтобы имитировать выбор экспериментов на БАКе "генераторов ведущих порядка для МсУГРА, дополнительное излучение в MadGraph матричного элемента отключена при генерации события МсУГРА. Пифия 6,425 36 затем используется для SUSY частицы (sparticle) распада, партонного душа,и адронизация. Обширная документация по любой из этих программ легко доступны в Интернете.
  2. Для того, чтобы имитировать LHC детектора, проходят события через PGS с параметром карты БАК-детектора. Детектор карты ATLAS и CMS входит MadGraph 5 34 выполняет достаточно хорошо, для анализа поиска сбыта. По возможности, параметризации экспериментов "идентификации и производительности обнародованы с некоторыми анализов могут быть использованы. В идеале, эксперименты обеспечит полные карты принятия и эффективности для ряда упрощенных модельных сетей, и в этом случае они могут быть использованы непосредственно и этот шаг не является необходимым.
  3. Для анализа результатов быстро, промежуточный формат данных легкий желательно. Извлечение самолеты, стабильные лептоны, недостающую поперечную энергию, и любые другие необходимые конечном состоянии объектов с выхода PGS (например, с использованием ExRootAnalysis 34) в удобном формате рекомендуется.
  4. В порядке то классифицировать результаты, коррелирует результаты событий PGS с частью записи события генератора необходимо классифицировать производство sparticle и моды распада для каждого события. Следите за всеми масс частиц, механизмов производства и цепочек распада, а также их соответствующих подсчетов для того, чтобы иметь возможность рассчитать соответствующие им ветвления фракции.
  5. Рассчитать наилучшие имеющиеся производственные поперечного сечения расчеты для модели интересов. В случае МсУГРА, следующем за главным порядке сечений для каждой точки можно рассчитать, используя Prospino 2.1 37 с НБЛ-Fast 38, используя CTEQ 6,6 NLO PDF-файлов.

2. Модель Реконструкция

  1. На основании срыва с модели деконструкции, выберите словарь упрощенных моделей так, чтобы покрыть не менее 50% из открытых и распада режимов НПМ. Из-за быстро падает поперечного сечения большинства моделей BSM с массой, в два раза в принятии типичнымчески представляет только 20-50 ГэВ в пределе, что делает это достаточно близко, чтобы быть в экспериментальных и теоретических неопределенностей. Самые прямой распад и модели одношаговые распада, в том числе off-shell/three-body распадов, были рассмотрены экспериментов на БАКе. CMS собрал ряд упрощенных результатов модель исключения в единый документ 21. Оба ATLAS и CMS также рассмотрели ряд тяжелых ароматов упрощенных моделей. Полный список моделей не было сделано публично доступны в одном месте. Тем не менее, результаты доступны из открытых веб-страниц 39, 40 двух экспериментов. Это упрощенные модели, которые должны быть выбраны из реконструкции НПМ.
  2. Для того чтобы проверить качество упрощенной модели освещения, сравнить кинематику несколько представительных НПМ точек с теми, в результате упрощенных моделей, используемых для воспроизведения этой точки. Для данного НПМ точки, построить соответствующие упрощенные модели ссоответствующие массы.
  3. Назначьте вес каждого типа модели, которая включает производственную часть, представленную этой упрощенной раз модели разветвления фракции для распада в лице этой модели.
  4. Для связанного производства, если только пара-производственные упрощенные модели считаются, разделите массу между двумя соответствующими упрощенных моделей.
  5. Рекомендуется применять набор физически мотивированных упрощений для топологий событий НПМ для того, чтобы сгруппировать похожие производственных-и распада мод.
  6. Нормализовать сумму весов для всех упрощенных моделей до единицы.
  7. Рассчитать кинематические распределения для представительных НПМ точек, использующих процедуру формирование событий, описанную в предыдущем протоколе.
  8. Если кинематика точки НПМ после типичных выборов сигнальных отличаться более чем на σ (30%) из тех, объединенных упрощенных моделей, включают в себя дополнительные упрощенные модели для улучшения производства и распадфазового пространства охват. Расхождения на уровне 15% имеют незначительное влияние на окончательные результаты исключения из-за быстро падающих сечений в большинстве новых моделей физики.

3. Ограничьте Строительство

  1. Получить доступную и актуальную Ае и уровне достоверности 95% верхний предел числа новых физических событий для упрощенных моделей, которые рассматриваются в каждом регионе экспериментальной сигнала, который может быть применен.
  2. Применить уравнений 1 и 3-5, чтобы НПМ интереса на каждом параметр точке пространства, чтобы определить, в соответствии с которым (если таковые имеются) предположения точка исключается.
  3. Используйте лимит, установленный регионе сигнала с лучшим ожидаемого исполнения, если корреляции между фоновых неопределенности сигнала регионов не доступны так, что регионы могут быть в надлежащем сочетании ‡.
  4. При сравнении кинематики выполненных с предыдущим протоколом и распространением об исключении контуров, определить раНге в котором экспериментальная исключение должно лежать.

‡ В настоящее время нет таких корреляций не доступны.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Применив модель деконструкция шаг к точке в пространстве параметров МсУГРА разбивку выходе может быть лучше визуализируется подсчитывая различные производственные и распада режимы для создания каждого события и построения соответствующих темпы производства и ветвление фракций в соответствии с относительные частоты. Бренчинги для различных производственных и распада режимов представительных МсУГРА точек показаны на рисунках 2 и 3. Большое количество подобных фигур для других точек в SUSY пространстве параметров можно ознакомиться в Интернете 41.

В случае МсУГРА некоторые тенденции через фазовом пространстве присутствуют, как показано на рисунке 4. Скварков производство доминирует в низкой м 0, высокого м 1/2 региона, а производство глюино доминирует в высокой м 0, низкий-м 1/2 региона. В областигде производство скварк доминирует, прямой скварк распадается на легчайших суперсимметричных частиц (LSP) собираются в стаи. В регионах, где производство глюино доминирует, однако, прямые распады глюино к LSP никогда не составляют более ~ 30% от общего фазового распада пространства. В смежным региона, прямое рождение чарджино составляет nonnegligible вклад, особенно по отношению к высокой M 0 и высокой м 1/2, где скварки и глюино являются все тяжкие. Это МсУГРА самолет, таким образом, могут быть покрыты пятью упрощенной модели (SM) сценариев:

  • Пара-производство скварков, которые непосредственно распадаться на LSP через эмиссии кварка (SM 1);
  • Пара-производство глюино, которые непосредственно распадаться на LSP через испусканием двух кварков (см 2);
  • Пара-производство скварков, которые распадаются в один шаг к LSP. Скварк распадается на чарджино через эмиссии кварка и чарджино распадается на LSP через испусканием W-Босо п (SM 3);
  • Пара-производство глюино, которые распадаются в один шаг к LSP. Глюино распадается на чарджино через испусканием двух кварков, а чарджино распадается на LSP через испусканием W-бозона (SM 4), а также
  • Пара-производство чарджино, которые непосредственно распадаться на LSP через испусканием W-бозона (SM 5).

Фракция МсУГРА событий, отнесенных к одному из этих пяти упрощенных моделей показана на рисунке 5. Для примера МсУГРА, следующие дополнительные упрощающие приближения сделаны: Когда скварк распадается на глюино, распад глюино учитывается в классификации топологию событий, и распад скварка к глюино засчитывается в качестве дополнительного струи в случае ("плюс струи»), как если бы это были идентичны к начально-или конечного состояния излучения. Когда глюино распадается через скваркаiles/ftp_upload/50419/50419gtilde.jpg "/> → Q qtilde , qtilde → Q Однако, конечное состояние распада все еще появляется, как будто глюино произвел две струи и распадались непосредственно, минуя скварков-шаг, сохранить некоторые (небольшие) различия в кинематике. Для этих случаев, поэтому, цепочка распада классифицируется как будто глюино распались через испусканием пары кварков без промежуточного скварка ( gtilde → QQ ), А не классифицируя его как распад скварка сдополнительная начально-или конечного состояния радиационно-как струи ( qtilde → Q плюс струи (ов)). Связанное производство скварк-глюино делится поровну между упрощенных моделей скварков и глюино. С помощью этих приближений, можно классифицировать большую долю СУСИ событий, как один из пяти упрощенных моделей рассматриваемых. Это первый шаг на пути к реконструкции модели.

Кинематика событий для двух МсУГРА параметров точек пространства, наряду с сочетанием упрощенных моделей, используемых для имитации их, показаны на рисунках 6, 7, и 8. Эти две точки деконструирован использованием способа, описанного выше, и пять выбранных упрощенные модели сконструированы и объединены в соответствии с масс-спектров, темпов производства, иветвления фракции точек. Упрощенные события модели были получены и проанализированы таким образом, идентичной событий МсУГРА. Здесь четыре из ключевых кинематических переменных, используемых в LHC поисках суперсимметрии показаны: ведущий струи поперечный импульс (р т), лептонов P T, недостающую поперечную энергию и эффективную массу, определяется как скалярного суммы поперечных импульсов из четырех ведущих самолеты и лептонов. Две особенности могут видеть эффективной массы, что приводит струю, и пропавших без вести поперечные распределения энергии, что соответствует сильной производственной и weakino производства. В этих инклюзивных распределений, некоторые расхождения четко видны. Низкий-р Т лептонов хвост, например, преимущественно из тау распадов, которые не охвачены ни одним из упрощенных моделей. Низкий потерянной поперечной энергией, низкий эффективная масса регион частично из ЛСП-X, связанной продукции, которая не по образцу. Большинство кинематические характеристики описаныдостаточно хорошо PGS для целей поиска в пространстве параметров с быстро падающей фоне. Tau ставки поддельные остаются серьезной проблемой для параметризации результатов анализа тау, и полностью решения этого вопроса выходит за рамки этого протокола.

Тем не менее, куски большинстве регионов сигнал, используемый на БАКе таковы, что простые топологии распада выбираются за более сложные, часто более мягких или выше событий по множественности. Таким образом, выбор сигнала область имеет тенденцию к улучшению описание кинематики событий на упрощенных моделей. Сравнение в один-лептона регионе, аналогичного используемому в недавнем поиска ATLAS сУсИ 16 показаны на рисунках 7 и 8. Соглашение как по форме и хвосты значительно лучше. Кинематика для упрощенных моделей сравнивается хорошо с инклюзивных сУсИ модели кинематики, предполагая, что эффективность и принятие для полного точки суперсимметрии может быть хорошо описаноограниченным комбинации упрощенных моделей. Конечно, кинематика только тех СУСИ событий, соответствующих топологий описываемых упрощенных моделей идентичны их упрощенных модельных аналогов. Это служит подтверждением того, что эти события не охваченные этими упрощенные модели либо небольшая часть от общего объема событий или кинематически подобны тем, которые покрыты. Это завершает модельный шаг реконструкции в случае МсУГРА.

Процедура установления лимита в соответствии с разделом 3, затем наносят на МсУГРА плоскости с загаром β = 10, 0 = 0 и μ> 0, используя сигнальные регионы от ATLAS поиска нулевой лептонов 16. Пять сигналов регионы включены в этом поиске, и область сигнала с лучшим ожидаемого предела используется для каждой точки. Точка считается быть исключены, если число ожидаемых СУСИ событий в оптимальной области сигнала превышает наблюдаемую уровне достоверности 95%Верхний предел новых физических событий в этом регионе сигнала. Результаты упрощенной модели исключения сравниваются с нулевой лептонов исключения без систематических неопределенностей в сигнале, как обсуждалось ранее, на рисунке 9. Четыре упрощенные кривые модель исключения показаны, что соответствует уравнениям 1 и 3-5. По сравнению с нулевой лептонов предела отчуждения, наиболее консервативный подход упрощенная-модель на основе делает довольно слабо в регионе доминируют qtildegtilde и weakino связано производство, пропавших без вести правильный предел на ~ 100 ГэВ. Это также частично из-за относительно сложной распада глюино (CF большое количество открытых мод в рисунке 3). Охват гораздо ближе к истинному пределадля области, где преобладает qtildeqtilde и gtildegtilde производство, для которых упрощенная модель происхождения предел в 40 ГэВ истинного предела.

Это предписание опускает лечение теоретических неопределенностей на модели сигнала. На самом деле, LHC эксперименты в настоящее время не рассматривают эти неопределенности на постоянной основе, и при этом все неопределенности включены. Нет эксперимент, например, не включает в себя любую неопределенность в расчете видимых масс из кишечника масштабных параметров. Пределы йна представлены здесь, поэтому, следует ожидать, что отличаются от допустимых пределов. На рисунке 10, опубликованные ATLAS пределы исключения в нулевой лептонов канала по сравнению с результатами, полученными здесь без систематической погрешности на сигнал. Предел без сигнальных неопределенности явно выше, чем опубликованной предела. В течение оставшейся части бумаги, предел без систематических неопределенностей по сигналу будут приниматься как "правильный ответ", который будет прибыл в использовании упрощенных моделей. Теоретическая неопределенность могут быть добавлены в оба таким же образом и будет влиять как пределы в примерно таким же образом.

Для того, чтобы изобразить результаты достижимы при имеющихся ресурсов с максимально возможной точностью, упрощенные пункты модели генерируются на сетке, соответствующей примерно к тому, что уже используется эксперимента ATLAS 17. Между этими точками, Ае интерполируется в двумерной мскварк / м глюино = м LSP сетки. Потому SM 3 и SM 4 являются трехмерные сетки, и потому маловероятно, что эксперименты обеспечит полную трехмерную Ае, используются три значения промежуточной массой чарджино: м чарджино = х × (м скварк / глюино - м LSP) + LSP м, х = 0,25, 0,5, 0,75 и. Для интерполяции между этими тремя двумерных плоскостей, простой квадратичной форме используется. При приближении границы м LSP = м чарджино и м скварка / глюино, режимы распада естественно отключить, что делает более сложным интерполяция ненужным.

Из сравнения кривых исключения, можно действительно увидеть, что консервативная предел Исключение, предусмотренное по формуле. 1 следует предел "правильный" исключения достаточно хорошо в областях фазового пространства, которые хорошо охватываемых упрощенном режимелс (см. рисунок 5). В регионах, которые не так хорошо, охваченных уравнение. 3-прежнему обеспечивает консервативную предел. Агрессивная предельное множество уравнением. 5 переоценивает исключение до 40 ГэВ в скварка доминируют регионе и по до 100 ГэВ в глюино доминируют области фазового пространства, потому что предположение, что длинные цепочки распадов глюино хорошо моделируется коротких цепочек упрощенные модели является недействительным на определенном уровне. С точки зрения параметр-космической охвата, консервативных ограничений по покрытию на 20%, двух средних лимитов по покрытию на 10%, и агрессивной пределу по-крышек на 10%. Естественно, расширяя словарь упрощенных моделей доступного улучшит консервативный предел и уменьшить агрессивное предел при более правильной Ае включены для более и распада режимах. Тем не менее, даже при таком небольшом количестве упрощенных моделей, консервативная пределы набор близки к «правильной» результата.

Для наглядности, ограничения также размещена на сигнальной области МсУГРА на высокой загар β. Лимиты показано на рисунке 11. На основе соглашения, наблюдаемой на рисунке 10, экспериментальная исключение должно лежать несколько выходит за исключения, установленного уравнения. 3.

В экстраполяции на более экзотические теории, или даже в расширения сферы применения небольшого списка упрощенных моделей для Susy теории, несколько приближения можно сделать:

  1. То, что тяжелых ароматов струи идентичны легких реактивных самолетов аромат для поисков, которые не включают в себя аромат мечения;
  2. Это фотоны идентичны струй для поисков, которые не идентифицируют фотоны;
  3. Это более чем в половине случаев, чарджино (нейтралино) распадается на LSP через испусканием W-бозона (Z-бозона) производить подпись функционально идентичны глюино распадается через испусканием двух кварков.
т "> Такие приближения физически хорошо мотивированы и должны привести к пределах, которые все еще находятся в согласии с полными результатами эксперимента.

Рисунок 1
Рисунок 1. Слева, общественность Ае для ATLAS три струи "без тормозов» области 17 сигнал один-лептонов. Правой, то же самое воспроизводится в MadGraph + установки Пифия + PGS используемого здесь. Некоторые различия можно ожидать от различных генераторов и высших статистики здесь, но два следуют друг за другом в тесном контакте. Нажмите здесь, чтобы увеличить рисунок .

19/50419fig2highres.jpg "Первоначально" / files/ftp_upload/50419/50419fig2.jpg "/>
Рисунок 2. Бренчинги для производства сУсИ механизмов и мод распада в пространстве параметров МсУГРА. Верхний ряд (м 0 = 300 ГэВ, м 1/2 = 600 ГэВ, загар (β) = 10, A 0 = 0 ГэВ, и μ> 0 ) является типичным для региона в пространстве параметров, где доминируют производства скварка, а нижний ряд (м 0 = 1000 ГэВ, м 1/2 = 350 ГэВ, загар (β) = 10, A 0 = 0 ГэВ, и μ > 0) является типичным для региона в пространстве параметров, лежащей нечто среднее между этими двумя крайностями. Для ясности и распада режимы в список только если их ветвление доля превышает 0,5%. Этикетки "SM" с рядом даны мод распада соответствующих упрощенных моделей, рассмотренных в протоколе реконструкции модель.les/ftp_upload/50419/50419fig3large.jpg "целевых =" _blank "> Нажмите здесь, чтобы увеличить рисунок.

Рисунок 3
Рисунок 3. Бренчинги для производства сУсИ механизмов и мод распада в пространстве параметров МсУГРА. Верхний ряд (м 0 = 300 ГэВ, м 1/2 = 500 ГэВ, загар (β) = 25, A 0 = 1500 ГэВ, и μ> 0) является типичным для региона в пространстве параметров, где доминируют производства скварка, а нижний ряд (м 0 = 2100 ГэВ, м 1/2 = 100 ГэВ, загар (β) = 45, 0 = 500 ГэВ и μ> 0) является типичным для региона доминируют производства глюино. Для ясности и распада режимы в список только еслиих ветвления фракции превышает 0,5%. Этикетки "SM" с рядом даны мод распада соответствующих упрощенных моделей, рассмотренных в протоколе реконструкции модель. Модели в белых районах не было события, описанные упрощенных моделей, с ограниченной статистики Монте-Карло. Нажмите здесь, чтобы увеличить рисунок .

Рисунок 4
Рисунок 4. Вариация ветвления, в процентах, основных производственных сУсИ и распада мод в пространстве параметров МсУГРА с загаром (β) = 10, A 0 и μ> 0. В правом верхнем углу, где сильные счастицы являются тяжелый, включает в себя значительное контр ibution от weakino производства. Модели в белых районах не было события, описанные упрощенных моделей, с ограниченной статистики Монте-Карло. Нажмите здесь, чтобы увеличить рисунок .

Рисунок 5
Рисунок 5. Процент МсУГРА событий, отнесенных к одной из пяти упрощенных моделей, рассмотренных в данной статье, для низкого загар (β) (слева) и высокого загар (β) (справа). Нажмите здесь, чтобы увеличить рисунок .

419fig6highres.jpg "Первоначально" / files/ftp_upload/50419/50419fig6.jpg "/>
Рисунок 6. Кинематика скварк производство доминируют МсУГРА точки (м 0 = 300 ГэВ, м 1/2 = 600 ГэВ, загар (β) = 10, A 0 = 0 ГэВ, и μ> 0) и набор пять упрощенные модели построены с использованием тех же масс-спектр. часовой стрелке от верхнего левого угла, приводя струи P T, ведущий мюона P T, эффективную массу, и потерянной поперечной энергией. Нет Выбор сигнала не была применена. Нажмите здесь, чтобы увеличить рисунок .

Рисунок 7
Рисунок 7. Кинематика скварка-произвоводств доминируют точка МсУГРА (м 0 = 300 ГэВ, м 1/2 = 600 ГэВ, загар (β) = 10, A 0 = 0 ГэВ, и μ> 0) и набор из пяти упрощенных моделей построены с использованием такой же массой, Спектр. часовой стрелке от верхнего левого, ведущей струи р T, ведущей мюона р Т, эффективной массы, и потерянной поперечной энергией. Выбор сигнала похож на один-лептонов четыре реактивных "жесткой" поиск ATLAS суперсимметрии была применена. Нажмите здесь, чтобы увеличить рисунок .

Рисунок 8
Рисунок 8. Кинематика сложного точки МсУГРА (м 0 = 1000 ГэВ, м 1/2 =350 ГэВ, загар (β) = 10, 0 = 0 ГэВ, и μ> 0) и набор из пяти упрощенных моделей построены с использованием тех же масс-спектр. Часовой стрелке от верхнего левого угла, приводя струи P T, ведущий мюона P T , эффективная масса, отсутствует поперечная энергия. Выбор сигнала похож на один-лептонов четыре реактивных "жесткой" поиск ATLAS суперсимметрии была применена. Нажмите здесь, чтобы увеличить рисунок .

Рисунок 9
Рисунок 9. Комбинированные нулевой лептонов пределы исключения для моделей МсУГРА с загаром β = 10, 0 = 0 и μ> 0 (10а) по сравнению с пределом исключенияполучены с использованием упрощенных моделей только (10b). область сигнала обеспечивая лучшее ожидаемый предел берется для данной точки в пространстве параметров. Ожидается, 95% доверительный уровень предел показана в виде пунктирной синей линии, и наблюдаемый предел показан сплошной красной линии. Результаты предыдущих поисков также показаны для сравнения 42-48, хотя некоторые из этих ограничений были получены с использованием слегка различные варианты параметров. Упрощенные пределы модели создаются с помощью четырех различных наборов допущений, соответствующих предельных уравнений в основной текст. Нажмите здесь, чтобы увеличить рисунок .

Рисунок 10
Рисунок 10. Комбинированные нулевой лептонов пределы исключения дляМодели МсУГРА с загаром β = 10, A 0 = 0 и μ> 0 16 (слева) по сравнению с пределом исключения, полученной с помощью PGS и без систематической погрешности на сигнал. Область сигнала, обеспечивающие наилучшее ожидаемый предел берется для учитывая точку в пространстве параметров. Ожидается, 95% доверительный уровень предел показана в виде пунктирной синей линии, и наблюдаемый предел показан сплошной красной линии. Результаты предыдущих поисков также показаны для сравнения 42-48, хотя некоторые из этих ограничений были получены с использованием слегка различные варианты параметров. Нажмите здесь, чтобы увеличить рисунок .

Рисунок 11
FiGure 11. пределы исключения для моделей МсУГРА с загаром β = 40, 0 = -500 ГэВ и μ> 0 (слева) и загар β = 20, A 0 = 500 ГэВ и μ> 0 (справа), полученные с использованием упрощенных моделях . комбинированные пределы достигаются при использовании регион сигнала, который генерирует лучше ожидаемого предела в каждой точке в пространстве параметров. Упрощенные пределы модели создаются с помощью четырех различных наборов допущений, соответствующих предельных уравнений в основной текст. Нажмите здесь, чтобы увеличить рисунок .

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Применение упрощенной модели пределов для получения контур исключения в полном новой физической модели была продемонстрирована. Несмотря на кажущуюся сложность МсУГРА параметр точках пространства, кинематика может быть хорошо воспроизводятся комбинацией лишь небольшое число упрощенных моделей. Кинематическая соглашение улучшена при поиске в конкретном регионе сигнала, так как до сих пор, проведенные на БАКе поиски склонны поддерживать упрощенные модели, как топологии событий с (относительно) небольшого числа Т-объектов с большим р.

Об исключении контуры, полученные из упрощенных моделей выгодно отличаются уже опубликованы с выделенными поисков. С помощью этой процедуры, можно тривиально переделать результаты исключения в более экзотических теорий суперсимметрии, или даже в nonSUSY теорий с подписями, охваченных упрощенных моделей. Этот метод дополнительно позволяет простой маршрут для сохранения данных ай применение современных поисков в будущих теорий.

Практически, этот подход означает значительное ресурсосберегающих для LHC экспериментов и большую пользу LHC теоретиков и феноменологами. По переделывая теорий, используя информацию, полученную от элемента матрицы и вероятностей распада, не вычисления интенсивно моделирование модели не должно быть сделано. Вместо этого, эксперименты могут свободно прямо предоставить результаты исключения в большом разнообразии теоретических моделей, которые включают - но не может быть полностью охватываемых - простых конечном состоянии подписей. Точно так же, теоретики не нужно ждать, пока LHC экспериментов для получения лимитов на их благоприятствования модели. Хотя упрощенные модели не могут охватывать все производственные и распада режимы модели, с относительно небольшим числом упрощенных моделей можно покрыть достаточно широкий спектр возможностей. Исключения приобретенные таким способом точно не перекрываются результаты полного экспериментапсихическое поиск. В текущем поиска эры LHC, однако, они дают критическую и удивительно точную оценку того, сколько теория пространства уже был исключен уже проведенных поисков, и сколько еще могут быть открыты для открытия.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Авторы и члены коллаборации ATLAS. Тем не менее, никаких внутренних ресурсов ATLAS, денежной или иным образом, не были использованы в завершении этой работы.

Acknowledgments

Авторы хотели бы поблагодарить Jay Wacker для значительного обсуждения упрощенных моделей и потенциальных ловушек. Большое спасибо также Макс Baak и до Eifert для конструктивной критики и поощрения, когда это было необходимо. Благодаря летней студенческой программе ЦЕРН за возможность проведения этого сотрудничества.

References

  1. Miyazawa, H. Baryon Number Changing Currents. Prog. Theor. Phys. 36, 1266-1276 (1966).
  2. Ramond, P. Dual Theory for Free Fermions. Phys. Rev. D. 3, 2415-2418 (1971).
  3. Gol'fand, Y. A., Likhtman, E. P. Extension of the Algebra of Poincare Group Generators and Violation of P invariance. JETP Lett. 13, 323-326 (1971).
  4. Neveu, A., Schwarz, J. H. Factorizable dual model of pions. Nucl. Phys. B. 31, 86-112 (1971).
  5. Gervais, J. L., Sakita, B. Field theory interpretation of supergauges in dual models. Nucl. Phys. B. 34, 632-639 (1971).
  6. Neveu, A., Schwarz, J. H. Quark Model of Dual Pions. Phys. Rev. D. 4, 1109-1111 (1971).
  7. Volkov, D. V., Akulov, V. P. Is the neutrino a goldstone particle. Phys. Lett. B. 46, 109-110 (1973).
  8. Wess, J., Zumino, B. A lagrangian model invariant under supergauge transformations. Phys. Lett. B. 49, 52-54 (1974).
  9. Wess, J., Zumino, B. Supergauge transformations in four dimensions. Nucl. Phys. B. 70, 39-50 (1974).
  10. Fayet, P. Supersymmetry and Weak, Electromagnetic and Strong Interactions. Phys. Lett. B. 64, 159-162 (1976).
  11. Fayet, P. Spontaneously Broken Supersymmetric Theories of Weak, Electromagnetic and Strong Interactions. Phys. Lett. B. 69, 489-494 (1977).
  12. Farrar, G. R., Fayet, P. Phenomenology of the Production, Decay, and Detection of New Hadronic States Associated with Supersymmetry. Phys. Lett. B. 76, 575-579 (1978).
  13. Fayet, P. Relations Between the Masses of the Superpartners of Leptons and Quarks, the Goldstino Couplings and the Neutral Currents. Phys. Lett. B. 84, 416-420 (1979).
  14. Dimopoulos, S., Georgi, H. Softly Broken Supersymmetry and SU(5. Nucl. Phys. B. 193, 150-162 (1981).
  15. The ATLAS Collaboration. Search for squarks and gluinos with the ATLAS detector in final states with jets and missing transverse momentum using 4.7 fb-1 of √s = 7TeV proton-proton collisions. Phys. Rev. D. , Forthcoming Forthcoming.
  16. The ATLAS Collaboration. Search for squarks and gluinos using final states with jets and missing transverse momentum with the ATLAS detector in √s = 7TeV proton-proton collisions. Phys. Lett. B. 710, 67-85 (2012).
  17. The ATLAS Collaboration. Further search for supersymmetry at √s=7 TeV in final states with jets, missing transverse momentum and isolated leptons with the ATLAS detector. Phys. Rev. D. , Forthcoming Forthcoming.
  18. The CMS Collaboration. Search for new physics in the multijet and missing transverse momentum final state in proton-proton collisions at sqrt(s) = 7 TeV. Phys. Rev. Lett. 109, 171803 (2012).
  19. The CMS Collaboration. Search for supersymmetry in pp collisions at √s=7 TeV in events with a single lepton, jets, and missing transverse momentum. J. High Energy Phys. 08, 165 (2011).
  20. The CMS Collaboration. Search for supersymmetry in events with b-quark jets and missing transverse energy in pp collisions at 7 TeV. Phys. Rev. D. 86, 072010 (2012).
  21. The CMS Collaboration. 2012 Report No.: CMS-PAS-SUS-11-016. Interpretation of Searches for Supersymmetry. , CERN. Geneva (Switzerland). (2012).
  22. The CMS Collaboration. Search for new physics in events with opposite-sign leptons, jets, and missing transverse energy in pp collisions at sqrt(s = 7 TeV. Phys. Lett. B. 718, 815 (2012).
  23. Alves, D., et al. Where the Sidewalk Ends: Jets and Missing Energy Search Strategies for the 7 TeV LHC. JHEP. 1110, 012 (2011).
  24. Alves, D., et al. Simplified Models for LHC New Physics Searches. J. Phys. G.: Nucl. Part. Phys. 39, 105005 (2012).
  25. Chamseddine, A. H., et al. Locally Supersymmetric Grand Unification. Phys. Rev. Lett. 49, 970-974 (1982).
  26. Barbieri, R., et al. Gauge models with spontaneously broken local supersymmetry. Phys. Lett. B. 119, 343-347 Forthcoming.
  27. Ibanez, L. E. Locally supersymmetric SU(5) grand unification. Phys. Lett. B. 118, 73 (1982).
  28. Hall, L. J., et al. Supergravity as the messenger of supersymmetry breaking. Phys. Rev. D. 27, 2359-2378 (1983).
  29. Ohta, N. Grand Unified Theories Based on Local Supersymmetry. PTP. 70, 542-549 (1983).
  30. Chung, D. J. H., et al. The soft supersymmetry-breaking Lagrangian: theory and applications. J. Phys. Rept. 407, 1-203 (2005).
  31. HepData search [Internet]. , Available from: http://hepdata.cedar.ac.uk (2013).
  32. PGS 4 - general info [Internet]. , Available from: http://physics.ucdavis.edu/~conway/research/software/pgs/pgs4-general.htm (2013).
  33. [hep-ph/0312045] ISAJET 7.69: A Monte Carlo Event Generator for pp, $\bar pp$, and $e^=e^-$ Reactions [Internet]. , Available from: http://arxiv.org/abs/hep-ph/0312045 (2013).
  34. Alwall, J. MadGraph 5: Going Beyond. JHEP. 1106, 128 (2011).
  35. Pumplin, J. New Generation of Parton Distributions with Uncertainties from Global QCD Analysis. JHEP. 0207, 012 (2002).
  36. Sjöstrand, T., Mrenna, S., Skands, P. Pythia 6.4 Physics and Manual. JHEP. 05, 026 (2006).
  37. [hep-ph/9611232] PROSPINO: A Program for the Production of Supersymmetric Particles in Next-to-leading Order QCD [Internet]. , Available from: http://arxiv.org/abs/hep-ph/9611232 (2013).
  38. SquarksandGluinos < Kraemer < TWiki [Internet]. , Available from: http://web.physik.rwth-aachen.de//service/wiki/bin/view/Kraemer/SquarksandGluinos (2013).
  39. PhysicsResultsSUS < CMSPublic < TWiki [Internet]. , Available from: https://twiki.cern.ch/twiki/bin/view/CMSPublic/PhysicsResultsSUS Forthcoming.
  40. SupersymmetryPublicResults < AtlasPublic < TWiki [Internet]. , Available from: https://twiki.cern.ch/twiki/bin/view/AtlasPublic/SupersymmetryPublicResults (2013).
  41. Setting limits on supersymmetry using simplified models · Christian Gütschow & Zachary Marshall [Internet]. , Available from: http://cgutscho.web.cern.ch/cgutscho/susy/ (2013).
  42. Collaboration, D. 0 Search for Squarks and Gluinos in pp̄ collisions at √s=1.8TeV. Phys. Rev. Lett. 75, 618-623 (1995).
  43. Collaboration, C. D. F. Search for Gluinos and Scalar Quarks in pp̄ collisions at √s=1.8TeV using the Missing Energy plus Multijets Signature. Phys. Rev. Lett. 88, 041801 (2002).
  44. Collaboration, C. D. F. Inclusive Search for Squark and Gluino Production in pp̄ Collisions at√s=1.96TeV. Phys. Rev. Lett. 102, 121801 (2009).
  45. Collaboration, D. 0 Search for squarks and gluinos in events with jets and missing transverse energy using 2.1fb-1 of pp̄ collision data at √s=1.96TeV. Phys. Lett. B. 660, 449-457 (2008).
  46. Collaboration, D. E. L. P. H. I. Searches for supersymmetric particles in e+e-collisions up to 208 GeV and interpretation of the results within the MSSM. Eur. Phys. J. C. 31, 421-479 (2003).
  47. Collaboration, L. 3 Search for Scalar Leptons and Scalar Quarks at LEP. Phys. Lett. B. 580, 37-49 (2004).
  48. Collaboration, A. T. L. A. S. Search for squarks and gluinos using final states with jets and missing transverse momentum with the ATLAS detector in √s=7TeV proton-proton collisions. Phys. Lett. B. 701, 186-203 (2011).

Tags

Физика выпуск 81 физика высоких энергий физика частиц суперсимметрии на LHC ATLAS CMS лимиты Новая физика упрощенные модели
Установка ограничений на суперсимметрии с помощью упрощенных моделей
Play Video
PDF DOI

Cite this Article

Gütschow, C., Marshall, Z.… More

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

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter