Definição dos limites de supersimetria Usando modelos simplificados

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

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

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,

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

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:

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.