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Definição dos limites de supersimetria Usando 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 artigo demonstra um protocolo de reformulação experimentais limites modelo simplificado para limites conservadores e agressivos em um modelo de física nova arbitrária. Resultados experimentais do LHC publicamente disponíveis podem ser reformulada desta maneira em limites para quase qualquer novo modelo de física com uma assinatura supersimetria-like.

Abstract

Limites experimentais sobre a supersimetria e teorias semelhantes são difíceis de definir por causa do enorme espaço de parâmetros disponíveis e difícil generalizar devido à complexidade de alguns pontos. Portanto, mais fenomenológicas, modelos simplificados estão se tornando popular para a fixação de limites experimentais, pois eles têm interpretações físicas mais claras. Não foi, no entanto, foi demonstrado o uso desses limites modelo simplificado para definir um limite real de uma teoria concreta. Este artigo reformula limites modelo simplificado para limites em um modelo específico e completo supersimetria, supergravidade mínima. Limites obtidos sob várias hipóteses físicas são comparáveis ​​aos produzidos pelas pesquisas direcionadas. A prescrição é fornecido para cálculo dos limites conservadores e agressivos em teorias adicionais. O uso de tabelas de aceitação e eficiência, juntamente com os números esperados e observados de eventos em várias regiões de sinal, os resultados experimentais do LHC pode ser reformulada neste manner em quase todo o quadro teórico, incluindo teorias nonsupersymmetric com assinaturas supersimetria-like.

Introduction

Uma das extensões mais promissores do Modelo Padrão, a supersimetria (SUSY) 1-14, é o foco central de muitas pesquisas pelos experimentos do LHC no CERN. Os dados coletados em 2011 já são suficientes para empurrar os limites da nova física, além daqueles de qualquer colisor anterior 15-22. À medida que novos dados chegam e as exclusões são ainda empurrou mais longe, será cada vez mais importante para se comunicar claramente com a comunidade da física que regiões do extenso espaço de parâmetros supersimétrico foram excluídos. Os limites atuais normalmente são definidas em planos bidimensionais restritas, o que muitas vezes não representam o espaço disponível no parâmetro SUSY diversificada e são difíceis de entender, como limites para massas físicas ou frações de ramificação. Um grande conjunto de modelos simplificados 23, 24 têm sido propostos para auxiliar na compreensão destes limites, e ambos ATLAS e CMS têm fornecido resultados de exclusão para vários destes modelos 15-20.

Este trabalho demonstra a aplicação destas exclusões modelo simplificado para um modelo de física completa nova usando o exemplo da supergravidade mínima (MSUGRA, também conhecido como o CMSSM) 25-30. Este modelo é escolhido de modo a comparar os limites estabelecidos utilizando modelos simplificados aos publicados de forma independente pelas experiências. O procedimento é suficientemente geral para poder ser concedido a qualquer novo modelo de física (NPM). Como esta representa a primeira tentativa de "fechar o ciclo", e definir limites para SUSY utilizando modelos simplificados, uma série de suposições sobre a aplicabilidade de limites para determinados modelos simplificados são exploradas, resultando em receitas para o estabelecimento de limites conservadores e agressivos em teorias que têm não foram examinadas pelos experimentos do LHC.

Para definir um limite de NPM, três operações separadas são obrigatórios. Primeiro, o NPM deve ser desconstruída em suas partes constituintes, separando os diversos production modos e modos de decaimento para todas as novas partículas no modelo. Em segundo lugar, um conjunto de modelos simplificados deve ser escolhido para recriar a cinemática e topologias de eventos relevantes no NPM. Em terceiro lugar, os limites disponíveis sobre estes modelos simplificados devem ser combinados de modo a produzir os limites sobre a NPM. Estes três processos são descritos no protocolo. Algumas aproximações adicionais também estão disponíveis que podem expandir a aplicabilidade dos modelos simplificados já disponíveis para uma ampla gama de topologias de eventos.

A NPM completo normalmente envolve muitos modos de produção e muitas possíveis cáries subseqüentes. A desconstrução de novos modelos de física em seus componentes e da aplicação de limites modelo simplificado a esses componentes permite a construção de uma exclusão limitar diretamente. Para qualquer região do sinal, o limite mais conservador pode ser definido usando a fração de produção P (a, b) (onde a, b representa o modelo simplificado de spamodo de produção Artigo) de eventos idênticos a um modelo simplificado i ea fração de ramificação para os spartículas produzidos a decadência da forma descrita pelo modelo † simplificada, uma BR → i x BR b → i. O número esperado de eventos em uma determinada região do sinal destas topologias simples pode então ser escrita como

Equação 1
onde a soma é sobre modelos simplificados, σ tot é a seção de choque total para o ponto de NPM, L int é a luminosidade integrada utilizada na pesquisa, e AE a, b → i é a aceitação vezes eficiência para os eventos modelo simplificado do região sinal que está sendo considerado. Este número pode ser comparado com o limite superior de confiança de 95% no número esperado de novos eventos física to selecionar a região de busca ideal. O modelo pode, em seguida, ser excluído se N for maior do que o número de eventos observados novos física excluídos no nível de confiança de 95%. Exclusões em regiões não sobrepostas podem ser combinadas se as informações sobre as correlações de suas incertezas está disponível. Se esta informação não estiver disponível, a melhor região de sinal ou análise que fornece o limite melhor esperada pode ser usado para tentar excluir o modelo.

Para construir limites concretos com este método, o Aε para vários modelos simplificados devem ser disponibilizados pelos experimentos do LHC. Ambos CMS e ATLAS publicaram figuras com o Aε para vários modelos, e alguns dos dados disponíveis no banco de dados HepData 31. A fim de demonstrar o valor da publicação de todas essas tabelas, nós sentimos que é importante para fornecer limites concretos que são comparáveis ​​aos já publicados. Por isso que nós usamos (e descrevendoe no protocolo como uma etapa opcional) um detector rápido de simulação para simular o efeito da ATLAS ou CMS detector. O Aε derivado do Pretty Good Simulação (PGS) 32 é comparado com o publicado pela Atlas numa grelha modelo simplificado da Figura 1. Estes resultados são suficientemente próximos um do outro (dentro de cerca de 25%), que, ao invés de esperar que todos os resultados sejam públicos, resultados Aε para as grades restantes são derivadas usando PGS e utilizado diretamente no restante deste artigo. À medida que o número de títulos disponíveis publicamente modelo simplificado resultados Aε cresce, a necessidade de tais aproximações deveriam ser significativamente reduzida.

Duas hipóteses conservadoras permitir a inclusão de um maior número de produção e decaimento modos no limite. A primeira é que, para a produção associada a Aε experimental é pelo menos tão elevado como o Aε para o pior dos dois modos de produção. Parapesquisas, inclusive, essa é geralmente uma boa suposição. O número mínimo esperado de eventos seria então

Equação 2
em que a primeira soma corre sobre todos os modos de produção, e apenas aqueles em que a e b são precisamente as partículas do modelo simplificado estão incluídos na Equação 1. Da mesma forma, o Aε para decai com diferentes pernas pode ser assumido ser pelo menos tão elevada como a Aε para a pior das duas pernas. Isto é,

Equação 3
onde já tenham sido incluídos com diferentes diagramas de decaimentos de ambos os lados.

Duas outras hipóteses permitiria a definição de strlimites icter. Pode-se supor que o Aε experimental para todos os modos de produção na teoria é semelhante ao Aε média para os modos de produção cobertos por modelos simplificados. Nesse caso, o número esperado de eventos pode em vez disso ser escrito como

Equação 4
onde as somas são tanto mais apenas os modos de produção abrangidos por modelos simplificados. Uma pessoa pode ainda assumir que o Aε para todos os modos de decaimento da teoria é semelhante ao Aε médio desses eventos cobertos pelas topologias modelo simplificado. Em seguida, o número esperado de eventos pode ser escrita como:

Equação 5
onde aganos montantes executados somente nos modelos simplificados. Claramente, o limite MSUGRA mais agressivo é fornecido sob este pressuposto, e um limite definido desta maneira arrisca alegando exclusão para regiões que não seriam, na verdade, ser excluídas no nível de confiança de 95% em uma pesquisa dedicada. Embora a precisão destas duas aproximações podem ser suspeito, se a cinemática do evento, inclusive dos modelos simplificados comparam favoravelmente a um ponto espaço de parâmetros SUSY completa, eles podem não ser razoável.

† Alguns modelos simplificados usados ​​agora no LHC incluem a produção associada. Embora não explicitamente discutido aqui, as equações podem ser trivialmente estendida para permitir a este caso.

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Protocol

1. Modelo Desconstrução

  1. Gerar eventos de colisão próton-próton, cobrindo um avião no espaço de parâmetros do NPM. Qualquer configuração gerador de eventos que inclui um chuveiro Parton e hadronization modelo pode ser usado. No caso de MSUGRA por exemplo, os espectros de massa são gerados usando Isasugra 33, e as fracções ramificadas e larguras de decaimento são calculadas usando MSSMCalc 34. Para a própria geração evento, MadGraph 5 1.3.9 34 com CTEQ 6L1 funções densidade párton 35 é usado para gerar eventos matriz de elementos, uma vez que inclui radiação adicional no elemento da matriz, que pode ser importante para pequenas cenários massa de divisão. A fim de simular opções de geradores levando ordem para MSUGRA dos experimentos do LHC, a radiação adicional no elemento matriz MadGraph é desativado quando a geração de eventos MSUGRA. Pítia 6.425 36 é então usado para partícula SUSY (sparticle) decadência, Parton tomar banho,e hadronization. Extensa documentação para qualquer um desses programas está prontamente disponível na web.
  2. A fim de imitar um detector LHC, passar os eventos através PGS com um cartão de parâmetros LHC-detector. Os ATLAS e CMS cartões detector incluído com MadGraph 5 34 executar bem o suficiente para a análise de pesquisa alcance. Quando disponíveis, parametrizações de identificação e desempenho dos experimentos tornado público com algumas análises podem ser usados. O ideal é que os experimentos vão fornecer mapas completos de aceitação e eficiência para uma série de grades modelo simplificado, caso em que estes podem ser utilizados diretamente e este passo é desnecessário.
  3. A fim de analisar os resultados rapidamente, um formato de dados leve intermediário é desejável. Extraindo os jatos, léptons estáveis, faltando energia transversa, e quaisquer outros objetos de estado final, necessárias a partir da saída PGS (por exemplo, usando ExRootAnalysis 34) em um formato conveniente é recomendado.
  4. De forma to classificar os resultados, correlacionar os resultados do evento PGS com a parte do registro do evento gerador necessário classificar a produção sparticle e modos de decaimento para cada evento. Mantenha o controle de todas as massas de partículas, mecanismos de produção e cadeias de decaimento, bem como suas respectivas contagens, a fim de ser capaz de calcular a fração de ramificação correspondente.
  5. Calcular os melhores cálculos de produção de seção transversal disponíveis para o modelo de interesse. No caso de MSUGRA, lado-a-líder secções transversais de ordem para cada ponto pode ser calculada usando Prospino 2.1 37 com NLL-Fast 38 usando CTEQ 6.6 PDFs NLO.

2. Modelo Reconstrução

  1. Com base no colapso do modelo de desconstrução, escolher um dicionário de modelos simplificados de modo a cobrir pelo menos 50% da produção e decaimento abertas modos do NPM. Por causa da secção transversal em queda rápida da maioria dos modelos de BSM com massa, de um factor de dois em tipica aceitaçãocamente representa apenas 20-50 GeV no limite, tornando este suficientemente perto para estar dentro das incertezas experimentais e teóricos. Mais decadência direta e modelos de decaimento de uma etapa, incluindo decaimentos off-shell/three-body, foram consideradas pelos experimentos do LHC. CMS tem recolhido uma série de resultados simplificados modelo de exclusão em um único papel 21. Ambos ATLAS e CMS também considerado um número de heavy-sabor modelos simplificados. A lista completa de modelos não foi disponibilizado ao público em um único lugar. No entanto, os resultados estão disponíveis a partir de páginas web públicas dos dois experimentos "39, 40. Estes são os modelos simplificados que devem ser selecionados a partir para a reconstrução da NPM.
  2. A fim de testar a qualidade da cobertura modelo simplificado, comparar a cinemática de um representante alguns pontos NPM com os que resultam dos modelos simplificados usados ​​para reproduzir esse ponto. Para um determinado ponto NPM, construir os modelos simplificados pertinentes com omassas apropriadas.
  3. Atribua um peso para cada tipo de modelo que inclui a fração da produção representada por esse modelo vezes a fração ramificação simplificado para a decadência representado por esse modelo.
  4. Para a produção associada, se apenas par-produção de modelos simplificados são considerados, divida o peso entre os dois modelos simplificados pertinentes.
  5. Recomenda-se a aplicação de um conjunto de simplificações fisicamente motivados para as topologias de eventos do MPN, a fim de agrupar-produção e decaimento-modos similares.
  6. Normalizar a soma dos pesos de todos os modelos simplificados para a unidade.
  7. Calcular as distribuições cinemáticas para os pontos representativos NPM usando o procedimento de geração de eventos descritos no protocolo anterior.
  8. Se a cinemática do ponto NPM após selecções de sinal típicos diferir em mais do que σ (30%) das dos modelos simplificados combinados, incluem modelos simplificados adicionais para melhorar a produção e decaimentocobertura do espaço de fase. As discrepâncias no nível de 15% têm impacto insignificante sobre os resultados finais de exclusão por causa dos cortes transversais rápida queda na maioria dos novos modelos de física.

3. Limite Construção

  1. Obter o Aε disponível e relevante e 95% o limite superior do grau de confiança no número de novos eventos de física para os modelos simplificados ser considerados em cada região sinal experimental que pode ser aplicado.
  2. Aplicar Equações 1 e 3-5 para o NPM de interesse em cada ponto do espaço de parâmetros para determinar sob quais (se houver) os pressupostos do ponto é excluído.
  3. Use o limite definido pela região de sinal com o desempenho melhor que o esperado, a menos que as correlações entre as regiões fundo incertezas sinal 'estão disponíveis para que as regiões podem ser ‡ devidamente combinados.
  4. Com a comparação da cinemática realizadas com o protocolo anterior ea difusão dos contornos de exclusão, de determinar a raESL em que a exclusão experimental deve mentir.

‡ No momento, nenhuma dessas correlações estão disponíveis.

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Representative Results

Tendo aplicado o modelo de desconstrução passo para um ponto no espaço de parâmetros de MSUGRA, a repartição da produção pode ser melhor visualizado contando-se os vários modos de produção e de decaimento para todos os eventos gerados e traçando as taxas de produção correspondentes e ramificação frações de acordo com a freqüências relativas. As fracções de ramificação para os vários modos de produção e decaimento de pontos MSUGRA representativos estão ilustrados nas Figuras 2 e 3. Um grande número de figuras semelhantes para outros pontos no espaço de parâmetros SUSY estão disponíveis online 41.

Para o caso de MSUGRA, algumas tendências em todo o espaço de fase estão presentes, como demonstrado na Figura 4. Produção Squark domina em baixo-m 0, m-alta 1/2 região, ea produção gluino domina em alto-m 0, baixo-m 1/2 região. Na regiãoonde a produção squark domina, squark direto decai para o mais leve partícula supersimétrica (LSP) são favorecidas. Em regiões onde domina a produção gluino, no entanto, decaimentos diretos do gluino ao LSP nunca compreendem mais de ~ 30% do espaço total fase de decadência. Na região interadjacente, a produção chargino direta torna-se uma contribuição nonnegligible, especialmente para alto m 0 e alto m 1/2, onde os squarks e gluinos são pesados. Este plano MSUGRA, portanto, pode ser coberto por cinco cenários modelo (SM) simplificados:

  • Pair-produção de squarks, que decaem diretamente para o LSP através da emissão de um quark (SM 1);
  • Pair-produção de gluinos, que decaem diretamente para o LSP através da emissão de um dois quarks (SM 2);
  • Pair-produção de squarks, que decadência em uma etapa para o LSP. O squark decai para uma chargino através da emissão de um quark, eo chargino decai para o LSP via emissão de um W-Boso n (SM 3);
  • Pair-produção de gluinos, que decadência em uma etapa para o LSP. O gluino decai para um chargino através da emissão de dois quark, e o chargino decai para o LSP através de emissão de um W-Higgs (SM 4); e
  • Pair-produção de charginos, que decaem diretamente para o LSP através da emissão de um bóson W-(SM 5).

A fracção de eventos MSUGRA classificados como pertencentes a uma das cinco modelos simplificados é mostrado na Figura 5. Para o exemplo MSUGRA, as seguintes aproximações simplificadoras adicionais são feitas: Quando o squark decai para o gluino, a decadência gluino é contado na classificação da topologia de evento, e da decadência do squark ao gluino é contado como um jato adicional no caso ("além de jatos"), como se fosse idêntico ao inicial ou radiação de estado final. Quando o gluino decai através de um squarkiles/ftp_upload/50419/50419gtilde.jpg "/> → q qtilde , qtilde → q no entanto, o estado final da decadência ainda aparece como se o gluino tinha produzido dois jatos e decadente diretamente, omitindo a squark passo, salvar algumas (pequenas) diferenças na cinemática. Para estes casos, portanto, a cadeia de decaimento é classificada como se o gluino deteriorado através da emissão de um par de quark sem squark intermediário ( gtilde → qq ), Ao invés de classificá-lo como a decadência squark com umjet adicional de radiação-like-estado final inicial ou ( qtilde → q além de jato (s)). Produção squark-gluino Associado é dividido igualmente entre os squark e gluino modelos simplificados. Com estas aproximações, é possível classificar uma grande fração dos eventos SUSY como um dos cinco modelos simplificados em consideração. Este é o primeiro passo para o modelo de reconstrução.

A cinemática de eventos para dois parâmetros pontos espaciais MSUGRA, juntamente com uma combinação de modelos simplificados usado para imitar eles, são apresentados nas Figuras 6, 7 e 8. Estes dois pontos são Desconstruído usando o método descrito acima, e os cinco modelos simplificados seleccionados são construídos e combinadas de acordo com os espectros de massa, as taxas de produção, eramificação frações dos pontos. Os eventos modelo simplificado foram gerados e analisados ​​de um modo idêntico ao dos eventos MSUGRA. Aqui, quatro das principais variáveis ​​cinemáticas usadas em pesquisas supersimetria LHC são mostrados: líder impulso jato transversal (p T), leptão p T, faltando energia transversal e massa efetiva, definida como a soma escalar do transversal momentos dos quatro líder jatos e do lépton. Duas características são visíveis na massa efetiva, levando a jato, e falta de energia distribuições transversais, correspondentes a forte produção de produção e weakino. Nessas distribuições, inclusive, algumas discrepâncias são claramente visíveis. O T leptão rabo baixo-p, por exemplo, é predominantemente de decaimentos de tau que não são abrangidos por qualquer um dos modelos simplificados. A baixa energia transversa em falta, baixa região de massa efetiva é, em parte, a partir de LSP-X de produção associada, o que não é modelado. A maioria dos recursos cinemáticos são descritosbem o suficiente por PGS para os fins de uma pesquisa em um espaço de parâmetros, com queda rápida de fundo. As taxas de falsos Tau continuam a ser um desafio significativo para a parametrização dos resultados da análise de tau, e abordando completamente essa questão está fora do âmbito do presente protocolo.

No entanto, os cortes da maioria das regiões de sinais utilizados no LHC são tais que as topologias de decaimento simples são selecionados ao longo dos eventos, de multiplicidade, muitas vezes mais suaves ou mais complexas. Assim, a selecção de sinal região tende a melhorar a descrição da cinemática de eventos por modelos simplificados. A comparação de uma região de um lépton semelhante ao utilizado numa pesquisa recente ATLAS SUSY 16 são mostrados nas Figuras 7 e 8. O acordo na forma e caudas é significativamente melhor. A cinemática para os modelos simplificados comparar também com as inclusivas cinemática modelo SUSY, sugerindo que a eficiência e a aceitação de um ponto SUSY completa pode ser bem descritapor uma combinação limitada de modelos simplificados. Claro, a cinemática de apenas os eventos SUSY correspondentes para topologias descritas nos modelos simplificados são idênticos aos seus homólogos modelo simplificado. Isto serve como uma confirmação de que esses eventos não abrangidos por estes modelos simplificados ou são uma pequena fração do total de eventos ou cinematicamente semelhantes aos que são cobertos. Isto conclui a fase de reconstrução modelo no caso de MSUGRA.

O procedimento de fixação de limite no ponto 3 é, então, aplicado ao plano MSUGRA com β tan = 10, A 0 = 0 e μ> 0, o uso de regiões de sinal da ATLAS pesquisa zero leptão 16. Cinco regiões sinal estão incluídos nesta pesquisa, e na região de sinal com a melhor limite esperado é utilizado para cada ponto. Um ponto é considerado para ser excluído que o número de eventos SUSY esperados na região sinal ideal excede o nível de confiança de 95% observadalimite superior para novos eventos de física na região de sinal. Os resultados do modelo simplificado de exclusão são comparados com a exclusão de zero leptão sem incertezas sistemáticos sobre o sinal, tal como discutido anteriormente, na Figura 9. Quatro curvas modelo de exclusão simplificados são mostradas, o que corresponde às equações 1 e 3-5. Em comparação com o limite de exclusão de zero-léptons, a abordagem baseada em modelo simplificado mais conservador faz bastante mal na região dominada por qtildegtilde e weakino associada produção, falta o limite correto em até ~ 100 GeV. Isto também é, em parte, devido ao decaimento relativamente complicada do gluino (cf o grande número de modos de abertura da figura 3). A cobertura é muito mais próximo do limite de verdadepara a região dominada pela qtildeqtilde e gtildegtilde produção, para que o limite de derivados do modelo simplificado, a 40 GeV do verdadeiro limite.

Essa prescrição omite o tratamento de incertezas teóricos sobre o modelo de sinal. De fato, os experimentos do LHC atualmente não tratar essas incertezas de uma forma consistente, nem são todas as incertezas incluídos. No experimento, por exemplo, inclui qualquer incerteza no cálculo das massas visíveis a partir dos parâmetros de escala GUT. Os limites them são apresentados aqui, portanto, deve-se esperar que diferem dos limites publicados. Na Figura 10, os limites de exclusão ATLAS publicados no canal zero leptão são comparados com os obtidos aqui sem qualquer incerteza sistemática ao sinal. O limite sem incertezas sinal é claramente superior ao limite publicado. Para o restante do papel, o limite sem incertezas sistemáticas sobre o sinal será tomado como a "resposta correta" para ser alcançado utilizando modelos simplificados. A incerteza teórico pode ser adicionado a ambos para a mesma forma e irá afectar ambos os limites de, aproximadamente, a mesma forma.

A fim de retratar os resultados alcançáveis ​​com os recursos existentes a maior precisão possível, os pontos de modelo simplificado são gerados em uma grade que corresponde aproximadamente ao que já está em uso pelo experimento ATLAS 17. Entre estes pontos, Aε é interpolado no bidimensional msquark / m gluino = m grade LSP. Porque SM 3 e 4 SM são três grades dimensionais, e porque é pouco provável que as experiências proporcionará completa tridimensional Aε, três valores de massa chargino intermediário são utilizados: m chargino = x × (m squark / gluino - m LSP) + m LSP, x = 0,25, 0,5, e 0,75. Para interpolar entre estes três planos bidimensionais, um ajuste quadrático simples é usado. Ao aproximar-se dos limites da LSP m = m chargino e m squark / gluino, os modos de decaimento natural desligar, fazendo interpolação mais complicado desnecessário.

A partir da comparação das curvas de exclusão, pode-se realmente ver que um limite de exclusão conservador definido usando Eq. 1 segue o limite de exclusão "correta" muito bem em regiões do espaço de fase que estão bem cobertos pelo modo simplificadols (Figura cf 5). Em regiões que não estão bem cobertos, Eq. 3 ainda fornece um limite conservador. O limite definido pela Eq. agressivo. 5 superestima a exclusão por até 40 GeV na região dominada pelos squark e por até 100 GeV na região dominada pelos gluino do espaço de fase, pois a suposição de que as longas cadeias de desintegração gluino são bem modelados pelas cadeias mais curtas do modelos simplificados é inválido em algum nível. Em termos de cobertura parâmetro de espaço, os limites conservadores menores de cobertura em 20%, o Oriente dois limites de sub-cobertura em 10%, eo limite agressivo excesso de cobre em 10%. Naturalmente, a expansão do dicionário de modelos simplificados disponíveis melhoraria o limite conservador e reduzir o limite agressivo como Aε mais correto são incluídos para mais modos de produção e de decadência. No entanto, mesmo com este pequeno número de modelos simplificados, o conservador limites conjunto estão perto do resultado "corrigir".

Para fins de demonstração, os limites também são colocados em uma região com alto sinal MSUGRA β bronzeado. Os limites são mostrados na Figura 11. Com base no acordo observado na Figura 10, a exclusão experimental deve ficar um pouco além da exclusão definida pela equação. 3.

Em extrapolando teorias para mais exóticos, ou mesmo na ampliação da aplicabilidade de uma pequena lista de modelos simplificados para Susy teorias, várias aproximações podem ser feitas:

  1. Que os jatos pesados ​​sabor são idênticos aos jatos de sabor leves para pesquisas que não incluem sabor de marcação;
  2. Que os fótons são idênticos aos jatos para pesquisas que não identificam os fótons;
  3. Que mais de metade do tempo, chargino (neutralino) decai para o LSP via emissão de um bóson W-(Z-Higgs) produzir uma assinatura funcionalmente idêntico ao gluino decai via emissão de dois quarks.
t "> Tais aproximações são fisicamente bem motivado e deve resultar em limites que ainda estão em concordância com os resultados experimentais completos.

Figura 1
Figura 1. Esquerda, o Aε público para a ATLAS três jet "frouxo" região de sinal de um lépton 17. Direito, o mesmo reproduzidos no MadGraph + configuração Pítia + PGS usados ​​aqui. Algumas diferenças são esperadas a partir dos diferentes produtores e estatísticas mais elevadas usadas aqui, mas os dois seguem um ao outro de perto. Clique aqui para ver maior figura .

19/50419fig2highres.jpg "src =" / files/ftp_upload/50419/50419fig2.jpg "/>
Figura 2. Ramificação índices para os mecanismos de produção de SUSY e modos de decaimento no espaço de parâmetros MSUGRA. A linha superior (m 0 = 300 GeV, m 1/2 = 600 GeV, tan (β) = 10, A 0 = 0 GeV, e μ> 0 ) é típico para a região no espaço de parâmetros que é dominada pela produção squark, ea linha inferior (m 0 = 1000 GeV, m 1/2 = 350 GeV, tan (β) = 10, A 0 = 0 GeV, e μ > 0) é típico para a região no espaço de parâmetros encontra-se um tanto entre os dois extremos. Para maior clareza, os modos de produção e decaimento são listados apenas se a sua fracção de ramificação é superior a 0,5%. Os rótulos "SM" com um número são dadas aos modos de decaimento correspondentes aos modelos simplificados discutidos no protocolo modelo de reconstrução."target =" _blank les/ftp_upload/50419/50419fig3large.jpg "> Clique aqui para ver maior figura.

Figura 3
Figura 3. Ramificação índices para os mecanismos de produção de SUSY e modos de decaimento no espaço de parâmetros MSUGRA. A linha superior (m 0 = 300 GeV, m de 1/2 = 500 GeV, tan (β) = 25, A 0 = 1500 GeV, e μ> 0) é típico para a região no espaço de parâmetros que é dominada pela produção squark, ea linha inferior (m 0 = 2,100 GeV, m 1/2 = 100 GeV, tan (β) = 45, A 0 = 500 GeV , e μ> 0) é típico para a região dominada pela produção gluino. Para maior clareza, os modos de produção e de decaimento são listadas apenas sea sua fracção de ramificação é superior a 0,5%. Os rótulos "SM" com um número são dadas aos modos de decaimento correspondentes aos modelos simplificados discutidos no protocolo modelo de reconstrução. Os modelos nas regiões brancas não tinha eventos descritos por modelos simplificados, com estatísticas de Monte Carlo limitadas. Clique aqui para ver maior figura .

Figura 4
Figura 4. Variação dos índices de ramificação, em percentagem, dos principais produção SUSY e decaimento modos no espaço de parâmetros MSUGRA com tan (β) = 10, A 0 e μ> 0. No canto superior direito, onde os fortes são spartículas pesado, inclui um contr significativa ibution da produção weakino. Os modelos nas regiões brancas não tinha eventos descritos por modelos simplificados, com estatísticas de Monte Carlo limitadas. Clique aqui para ver maior figura .

Figura 5
Figura 5. A percentagem de eventos MSUGRA classificados como pertencentes a um dos cinco modelos simplificados considerados neste trabalho, para baixo-tan (β) (à esquerda) e de alto tan (β) (direita). Clique aqui para ver maior figura .

419fig6highres.jpg "src =" / files/ftp_upload/50419/50419fig6.jpg "/>
Figura 6. Cinemática de um ponto MSUGRA dominado squark-produção (m 0 = 300 GeV, m 1/2 = 600 GeV, tan (β) = 10, A 0 = 0 GeV, e μ> 0) e um conjunto de cinco modelos simplificados construídos com o mesmo espectro de massa. sentido horário do canto superior esquerdo, levando jet p T, levando múon p T, massa efetiva, e falta de energia transversal. Nenhuma seleção sinal foi aplicado. Clique aqui para ver maior figura .

Figura 7
Figura 7. Cinemática de um squark-produponto MSUGRA cção dominado (m 0 = 300 GeV, m 1/2 = 600 GeV, tan (β) = 10, A 0 = 0 GeV, e μ> 0) e um conjunto de cinco modelos simplificados construídos com a mesma massa espectro. sentido horário do canto superior esquerdo, levando jet p T, levando múon p T, massa efetiva, e falta de energia transversal. Uma seleção de sinal semelhante ao de um lépton quatro jet pesquisa "apertado" ATLAS SUSY foi aplicada. Clique aqui para ver maior figura .

Figura 8
Figura 8. Cinemática de um ponto MSUGRA complexo (m 0 = 1000 GeV, m 1/2 =350 GeV, tan (β) = 10, um 0 = 0 GeV, e μ> 0) e um conjunto de cinco modelos simplificados construídos com o mesmo espectro de massa. Sentido horário do canto superior esquerdo, levando jet p T, levando múon p T , massa efetiva e energia transversa em falta. Uma seleção de sinal semelhante ao de um lépton quatro jet pesquisa "apertado" ATLAS SUSY foi aplicada. Clique aqui para ver maior figura .

Figura 9
Figura 9. Combinado limites de exclusão zero Lepton para modelos MSUGRA com β tan = 10, A 0 = 0 e μ> 0 (10a), em comparação com o limite de exclusãoobtidos utilizando modelos simplificados só (10b). A região sinal fornecendo o limite melhor esperado é levado para um determinado ponto no espaço de parâmetros. O limite de confiança de 95% esperada é mostrada como uma linha tracejada azul, e o limite observada é apresentada como uma linha vermelha sólida. Resultados de pesquisas anteriores também são mostrados para fins comparativos 42-48, embora alguns destes limites foram produzidas usando ligeiramente diferentes escolhas de parâmetros. Os limites modelo simplificado são gerados usando quatro diferentes conjuntos de suposições, que correspondem às equações limite no texto principal. Clique aqui para ver maior figura .

Figura 10
Figura 10. Combinado limites de exclusão zero Lepton paraModelos MSUGRA com β tan = 10, A 0 = 0 e μ> 0 16 (à esquerda) em comparação com o limite de exclusão obtidos utilizando PGS e sem uma incerteza sistemática sobre o sinal. A região de sinal oferecendo o melhor limite esperado é tomado por um determinado ponto no espaço de parâmetros. O limite de confiança de 95% esperada é mostrada como uma linha tracejada azul, e o limite observada é apresentada como uma linha vermelha sólida. Resultados de pesquisas também são mostradas para fins de comparação 42-48, embora alguns desses limites foram produzidas usando um pouco diferentes opções de parâmetros. Clique aqui para ver maior figura .

Figura 11
Figura 11. limites de exclusão dos modelos MSUGRA com β tan = 40, A 0 = -500 GeV e μ> 0 (esquerda) e β tan = 20, D 0 = 500 GeV e μ> 0 (direita) obtidos utilizando modelos simplificados só . limites combinadas são obtidos usando a região de sinal que gera o limite melhor esperado em cada ponto no espaço de parâmetros. Os limites modelo simplificado são gerados usando quatro diferentes conjuntos de suposições, que correspondem às equações limite no texto principal. Clique aqui para ver maior figura .

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Discussion

A aplicação de limites modelo simplificado para produzir um contorno de exclusão em um modelo completo de física novo foi demonstrada. Apesar da aparente complexidade MSUGRA pontos espaciais parâmetro, a cinemática pode ser bem reproduzida por uma combinação de apenas um pequeno número de modelos simplificados. O acordo cinemática é melhorada quando se olha dentro de uma região de sinal particular, uma vez que as pesquisas até agora realizadas no LHC tendem a favorecer topologias evento simplificados modelo semelhante com uma (relativamente) pequeno número de objetos de alto P T.

Os contornos de exclusão derivadas de modelos simplificados comparam favoravelmente com aqueles já publicados com pesquisas dedicadas. Com este procedimento, é possível trivialmente reformulação resultados de exclusão em teorias SUSY mais exóticos, ou até mesmo em teorias nonSUSY com assinaturas cobertos por modelos simplificados. Este método também permite uma rota simples para preservação dos dados de umª aplicação de pesquisas atuais teorias futuras.

Na prática, esta abordagem significa um recurso importante poupança para os experimentos do LHC e um grande benefício para os teóricos do LHC e fenomenólogos. Por reformulação teorias usando informações disponíveis a partir do elemento de matriz e as probabilidades de decaimento, sem simulação de computação intensiva do modelo deve ser feito. Em vez disso, os experimentos são livres de prestar diretamente os resultados de exclusão em uma grande variedade de modelos teóricos que incluem - mas não podem ser totalmente cobertos por - simples assinaturas estado final. Da mesma forma, os teóricos não precisam esperar para os experimentos do LHC para produzir limites em seu modelo preferido. Embora os modelos simplificados pode não cobrir toda a produção e decaimento modos de um modelo, com um número relativamente pequeno de modelos simplificados, é possível cobrir uma gama bastante ampla de possibilidades. As exclusões adquiridos desta maneira não se sobrepõem exactamente os resultados de uma experiência completaPesquisa mental. Na era atual de busca LHC, no entanto, eles dão uma estimativa crítica e surpreendentemente precisas de quanto espaço teoria já foi excluída pelas pesquisas já realizadas, e quanto ainda pode ser aberto para a descoberta.

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Disclosures

Os autores são ambos membros da colaboração ATLAS. No entanto, há recursos internos atlas, monetários ou não, foram utilizados na realização deste trabalho.

Acknowledgments

Os autores gostariam de agradecer Jay Wacker para discussão significativa de modelos simplificados e potenciais armadilhas. Muito obrigado também ao Max Baak e até Eifert para críticas construtivas e incentivo sempre que era necessário. Graças ao Programa de Estudante Verão CERN para tornar possível esta colaboração.

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