Einstellung der Grenzen auf Supersymmetrie mit vereinfachten Modelle

Eine der vielversprechendsten Erweiterungen des Standardmodells, die Supersymmetrie (SUSY) ^14.01, steht im Mittelpunkt der viele Suchanfragen von den LHC-Experimente am CERN. Die im Jahr 2011 erhobenen Daten reichen bereits aus, um die Grenzen der neuen Physik über diejenigen einer früheren Collider ^15-22 zu schieben. Wenn neue Daten eintreffen und die Ausschlüsse werden noch weiter gedrückt wird, wird es immer wichtiger, deutlich auf die Physik-Community, welche Regionen der supersymmetrischen umfangreiche Parameterraum ausgeschlossen worden zu kommunizieren. Aktuelle Grenzwerte werden in der Regel auf eingeschränkt zweidimensionalen Ebenen, die häufig nicht über die vielfältigen verfügbar SUSY-Parameterraum repräsentieren und sind schwer zu als auf physischen Grenzen Massen oder Verzweigungsverhältnisse verstehen gesetzt. Eine große Reihe von vereinfachten Modellen ^{23, 24} sind zur Unterstützung des Verständnisses dieser Grenzen vorgeschlagen worden, und beide ATLAS und CMS wurden Ausschluss Ergebnisse für mehrere dieser Modelle vorgesehen ^15-20.

Dieses Papier zeigt die Anwendung dieser vereinfachten Modell Ausschlüsse zu einem vollständigen neuen Physik-Modell am Beispiel der minimalen Supergravitation (mSUGRA, der auch als CMSSM bekannt) ^25-30. Dieses Modell wird um die Einstellung mit vereinfachten Modellen zu denen unabhängig von den Experimenten veröffentlicht Grenzen vergleichen gewählt. Das Verfahren ist so allgemein erweiterbar auf jede neue Physik-Modell (NPM) zu sein. Da dies stellt den ersten Versuch, "schließen den Kreis" und setzen Grenzen für SUSY mit vereinfachten Modellen werden eine Reihe von Annahmen über die Anwendbarkeit von Beschränkungen für bestimmte vereinfachte Modelle erforscht, was in den Rezepten zur Einstellung konservative und aggressive Grenzen für Theorien, die haben nicht durch die LHC-Experimente untersucht.

Für eine Grenze in einem NPM sind drei getrennte Arbeitsgänge erforderlich. Erstens muss das NPM in seine Bestandteile zerlegt werden Stücke, Trennen der verschiedenen production-Modi und Zerfallsarten für alle neuen Teilchen im Modell. Zweitens muss eine Reihe von vereinfachten Modellen ausgewählt werden, um die Kinematik und relevante Ereignistopologien in der NPM wiederherzustellen. Drittens müssen die verfügbaren Mengen auf diesen vereinfachten Modellen, um die Grenzen für die NPM produzieren kombiniert werden. Diese drei Verfahren sind in dem Protokoll beschrieben. Einige zusätzliche Näherungen sind ebenfalls vorgesehen, die die Anwendbarkeit der bereits verfügbaren vereinfachte Modelle auf eine breitere Palette von Ereignistopologien erweitern kann.

Eine vollständige NPM umfasst in der Regel viele Produktionsarten und viele mögliche spätere Zerfälle. Die Dekonstruktion der neuen Physik-Modelle in ihre Bestandteile und die Anwendung der vereinfachten Modell Grenzen dieser Komponenten ermöglicht die Konstruktion einer Ausschlussgrenze direkt. Für jede Signalbereich kann die konservativsten Grenze mit der Produktionsanteil P gesetzt werden _{(a, b)} (wobei a, b die vereinfachten Modell SpaArtikel Produktionsmodus) der Ereignisse identisch mit einem vereinfachten Modell i und dem Verzweigungsverhältnis für die produzierten sparticles dem Verfall in der von dem vereinfachten Modell † beschrieben, BR _{a → b i} x BR _{→ i.} Die erwartete Anzahl von Ereignissen in einer vorgegebenen Signalbereich aus diesen einfachen Topologien kann dann geschrieben werden als

wobei die Summe über vereinfachte Modelle, ist σ _tot der Gesamtquerschnitt für die NPM Punkt, L _int die integrierte Luminosität in der Suche verwendet, und AE _{a, b → i} die Annahmezeiten Effizienz für die vereinfachte Modell Ereignisse in der Signalbereich angedacht. Diese Zahl kann mit dem erwarteten 95% Konfidenzniveau obere Grenze für die Anzahl von neuen physikalischen Ereignisse t verglichen werden,o wählen Sie die optimale Such Region. Das Modell kann dann ausgeschlossen werden, wenn N größer als die beobachtete Anzahl der neuen Physik-Veranstaltungen auf dem Konfidenzniveau von 95% ausgeschlossen. Ausschlüsse in überlappenden Bereichen können kombiniert werden, wenn Informationen über die Zusammenhänge ihrer Unsicherheiten verfügbar ist. Wenn diese Information nicht verfügbar ist, kann die beste Signalbereich oder Analyse, die die beste erwartet Grenze bietet verwendet, um zu versuchen, um das Modell auszuschließen.

Um konkrete Grenzen dieser Methode zu konstruieren, muß die Aε für verschiedene vereinfachte Modelle von der LHC-Experimente zur Verfügung gestellt werden. Beide CMS und ATLAS haben Zahlen mit der Aε für mehrere Modelle veröffentlicht, und ein paar der Figuren sind in der Datenbank ³¹ HepData verfügbar. Um den Wert der Veröffentlichung aller solcher Tabellen zeigen, fühlen wir, es ist wichtig, konkrete Grenzen, die vergleichbar mit den bereits veröffentlichten bieten. Daher verwenden wir (und describe im Protokoll als optionaler Schritt) einen schnellen Detektor Simulation, um die Wirkung der ATLAS-oder CMS-Detektor emulieren. Das aus der Simulation abgeleitet Pretty Good Aε (PGS) ³² ist, dass durch die ATLAS in einer vereinfachten Modellgitter in Abbildung 1 veröffentlicht verglichen. Diese Ergebnisse sind ausreichend nahe beieinander (innerhalb von ca. 25%), die, anstatt zu warten, für alle Ergebnisse der Öffentlichkeit zu sein, Aε Ergebnisse für die restlichen Gitter mit PGS abgeleitet und direkt im Rest dieses Papier verwendet. Da die Zahl der öffentlich verfügbaren vereinfachten Modells Aε Ergebnisse wächst, sollte die Notwendigkeit für eine solche Näherungen erheblich vermindert werden.

Zwei konservative Annahmen ermöglichen die Aufnahme einer größeren Anzahl von Produktions-und Zerfallsarten in der Grenze. Die erste ist, dass für die Produktion zugeordneten experimentellen Aε ist mindestens so hoch wie die Aε zum Schlechteren der beiden Produktionsarten. FürInclusive sucht, ist dies in der Regel eine gute Annahme. Die minimale erwartete Anzahl von Ereignissen würde dann

wobei die erste Summe läuft über alle Produktionsarten, und nur diejenigen, in denen A und B sind genau diese Teilchen aus der vereinfachten Modells in Gleichung 1 enthalten. Ebenso kann die Aε für Zerfälle mit verschiedenen Schenkeln angenommen, mindestens so hoch wie die Aε für das schlechtere der beiden Schenkel sein. Das heißt,

wo Diagramme mit verschiedenen Zerfälle auf beiden Seiten wurden nun enthalten.

Zwei weitere Annahmen auf die Einstellung von str ermöglichenicter Grenzen. Man kann davon ausgehen, dass die experimentelle Aε für alle Produktionsarten in der Theorie ähnlich den durchschnittlichen Aε für den Produktionsmodus durch vereinfachte Modelle abgedeckt. In diesem Fall kann die erwartete Anzahl von Ereignissen statt geschrieben werden als

wo die Summen sind beide nur über diesen Produktionsweisen durch vereinfachte Modelle abgedeckt. Man könnte annehmen, dass die weitere Aε für alle Zerfallsmoden in der Theorie ähnlich den durchschnittlichen Aε für die Ereignisse durch das vereinfachte Modell Topologien bedeckt. : Dann kann die erwartete Anzahl von Ereignissen geschrieben werden als

wo again den Summen nur über die vereinfachte Modelle laufen. Klar, ist die aggressivste mSUGRA Grenze unter dieser Annahme vorgesehen, und ein Limit in dieser Form behaupten Ausschluss Risiken für die Regionen, die nicht in der Tat, auf dem 95%-Konfidenzniveau von einem engagierten Suche ausgeschlossen werden würde. Obwohl die Genauigkeit der beiden Näherungen könnte verdächtig sein, wenn die Veranstaltung inklusive Kinematik der vereinfachte Modelle vergleichen günstig zu einem kompletten SUSY-Parameterraum Punkt, können sie nicht unangemessen sein.

† Einige vereinfachte Modelle jetzt am LHC verwendet werden, umfassen damit verbundenen Produktions. Während hier nicht explizit erläutert, können die Gleichungen trivial erweitert werden, um für diesen Fall zu ermöglichen.