Définition des limites sur la supersymétrie l'aide de modèles simplifiés

L'une des extensions les plus prometteurs du modèle standard, la supersymétrie (SUSY) ^1-14, est le point central de nombreuses recherches par les expériences du LHC au CERN. Les données recueillies en 2011 sont déjà suffisantes pour repousser les limites de la nouvelle physique au-delà de ceux de toute collisionneur précédente ^15-22. Que de nouvelles données arrivent et des exclusions sont poussés encore plus loin, il sera de plus en plus important de communiquer clairement à la communauté de la physique ce que les régions de l'espace étendu de paramètres supersymétrique ont été exclus. Les limites actuelles sont généralement fixés sur des plans en deux dimensions limitées, qui ne représentent souvent pas la diversité disponible espace des paramètres SUSY et sont difficiles à comprendre que les limites sur les masses physiques ou fractions de branchement. Un grand nombre de modèles simplifiés ^{23, 24} ont été proposés pour aider à la compréhension de ces limites, et les deux ATLAS et CMS ont fourni des résultats d'exclusion pour plusieurs de ces modèles ^15-20.

Cet article démontre l'application de ces exclusions de modèle simplifié à un modèle de la physique nouvelle complète en utilisant l'exemple de la supergravité minimale (mSUGRA, également connu sous le CMSSM) ^25-30. Ce modèle est choisi afin de comparer les limites fixées à l'aide de modèles simplifiés à celles publiées indépendamment par les expériences. La procédure est suffisamment général pour pouvoir être accordé à tout nouveau modèle de la physique (NPM). En ce qui représente la première tentative de «boucler la boucle» et fixer des limites sur SUSY utilisant des modèles simplifiés, un certain nombre d'hypothèses quant à l'applicabilité de limites sur certains modèles simplifiés sont explorées, résultant dans des recettes de l'établissement de limites conservatrices et agressifs sur les théories qui ont pas été examinée par les expériences du LHC.

Pour fixer une limite dans un mécanisme national de prévention, trois opérations distinctes sont nécessaires. Tout d'abord, le MNP doit être décomposé en ses éléments constitutifs, en séparant les différents producteursmodes ction et modes de désintégration de tous les nouveaux particules dans le modèle. Deuxièmement, un ensemble de modèles simplifiés doit être choisi de recréer la cinématique et les topologies d'événements pertinents dans le MNP. Troisièmement, les limites disponibles sur ces modèles simplifiés doivent être combinés afin de produire des limites sur la NGP. Ces trois procédures sont décrites dans le protocole. Quelques approximations supplémentaires sont également fournis qui peuvent élargir l'applicabilité des modèles simplifiés déjà disponibles à un plus large éventail de topologies d'événements.

Un mécanisme national de prévention complète implique généralement de nombreux modes de production et de nombreuses caries ultérieures possibles. La déconstruction de nouveaux modèles de physique dans leurs composants et l'application des limites des modèles simplifiés de ces composants permet la construction d'une exclusion limiter directement. Pour n'importe quelle région de signal, la limite la plus conservatrice peut être réglée en utilisant la fraction de production P _{(a, b)} (où a, b représente le modèle simplifié spamode de production Article) des événements identiques à un modèle simplifié i et la fraction de branchement pour les sparticules produites à la désintégration de la manière décrite par le modèle † simplifiée, BR _{a → i} x BR _{b → i.} Le nombre d'événements attendu dans une région donnée du signal de ces topologies simples peut alors s'écrire

où la somme porte sur des modèles simplifiés, σ _tot est la section totale pour le point NPM, L _int est la luminosité intégrée utilisée dans la recherche, et AE _{a, b → i} est l'acceptation fois l'efficacité pour les événements du modèle simplifié de la région du signal considéré. Ce nombre peut être comparé à la limite supérieure de niveau de confiance de 95% attendue sur le nombre de nouveaux événements de physique to sélectionner la zone de recherche optimale. Le modèle peut alors être exclue si N est plus grand que le nombre observé de nouveaux événements de la physique exclus au niveau de confiance de 95%. Exclusions dans les régions ne se chevauchent peuvent être combinés si les informations sur les corrélations de leurs incertitudes est disponible. Si cette information n'est pas disponible, la meilleure région de signal ou d'analyse qui fournit la meilleure limite attendue peuvent être utilisées pour tenter d'éliminer le modèle.

Afin de construire des limites concrètes de cette méthode, la Aε pour divers modèles simplifiés doit être mis à disposition par les expériences du LHC. La CMS et ATLAS ont publié des chiffres avec le Aε pour plusieurs modèles, et quelques-uns des chiffres sont disponibles dans la base de données HepData ^31. Afin de démontrer la valeur de la publication de toutes ces tables, nous pensons qu'il est important de prévoir des limites concrètes qui sont comparables à ceux déjà publiés. Par conséquent, nous utilisons (et décrivante dans le protocole comme une étape facultative) une simulation de détecteur rapide d'imiter l'effet de l'ATLAS ou détecteur CMS. Le dérivé de la Aε Pretty Good simulation (ES) ³² est comparée à celle publiée par ATLAS à une grille du modèle simplifié de la figure 1. Ces résultats sont suffisamment proches l'un de l'autre (dans environ 25%) qui, plutôt que d'attendre tous les résultats soient publiques, les résultats Aε pour les grilles restantes sont calculés à l'aide PGS et utilisés directement dans la suite de cet article. Comme le nombre de places publiquement modèle simplifié résultats Aε se développe, la nécessité de ces approximations doit être réduite de manière significative.

Deux hypothèses prudentes permettent l'inclusion d'un plus grand nombre de production et de désintégration des modes dans la limite. Le premier est que, pour la production associée Aε expérimental est au moins aussi élevée que la Aε pour le pire des deux modes de production. Pourrecherches inclusives, c'est généralement une bonne hypothèse. Le nombre d'événements minimum prévu serait alors

où la première somme porte sur tous les modes de production, et seulement ceux où a et b sont exactement les particules du modèle simplifié sont inclus dans l'équation 1. De même, la Aε pour désintégrations avec différentes jambes peut être considérée comme étant au moins aussi élevée que la Aε pour le pire des deux jambes. Autrement dit,

où diagrammes avec différentes désintégrations de chaque côté ont été inclus.

Deux autres hypothèses pourraient permettre la création de strlimites de ictère. On peut supposer que la Aε expérimental pour tous les modes de la théorie de production est similaire à la Aε moyenne pour les modes de production couverts par des modèles simplifiés. Dans ce cas, le nombre attendu d'événements peut être écrite comme la place

où les sommes sont à la fois plus que les modes de production couverts par des modèles simplifiés. On peut en outre supposer que la Aε pour tous les modes de désintégration dans la théorie est similaire à la moyenne Aε pour les événements couverts par les topologies de modèles simplifiés. Ensuite, le nombre d'événements attendu peut être écrite comme:

où agadans les sommes gérées uniquement sur les modèles simplifiés. De toute évidence, la limite la plus agressive mSUGRA est prévu dans cette hypothèse, et une limite fixée de cette manière risque de réclamer l'exclusion pour les régions qui ne seraient pas, en fait, être exclus au niveau de confiance de 95% par une recherche spécifique. Bien que la précision de ces deux approximations pourrait être suspect, si la cinématique d'événements compris des modèles simplifiés se comparent favorablement à un point de l'espace des paramètres SUSY complète, ils peuvent ne pas être déraisonnable.

† Certains modèles simplifiés utilisés aujourd'hui au LHC comprennent la production associée. Bien que n'étant pas explicitement discuté ici, les équations peuvent être trivialement étendu pour permettre ce cas.