[論文レビュー] ATLASfits: ATLASfits

Bradley J. Kavanagh|arXiv (Cornell University)|Jan 27, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 9

ひとこと要約

本研究は、ATLAS Run-IIデータにおける750 GeVの二光子質量過剰現象の有意性を再評価し、複数のバックグラウンドパラメータ化を用いたビン化されたインvariant質量スペクトルに対するポアソン尤度フィットを実施する。さまざまな滑らかなバックグラウンドモデルにおいて、局所的有意性は3.8–3.9σの範囲で安定しており、バックグラウンド不確実性によって過剰現象が著しく減少しないことを示し、高質量領域における低イベント数領域からの制約がバックグラウンドの柔軟性を強く制限していることを強調する。

ABSTRACT

ATLASfits is a collection of python code (and a couple of data files) which allows you to perform fits to the (binned, digitised) ATLAS diphoton invariant mass spectrum, as described at http://cds.cern.ch/record/2114853. This code should allow you to reproduce the results of http://arxiv.org/abs/1601.07330. Please cite that paper if you make use of this code in your own work. Please send any comments or corrections to: [e-mail]. v1.0.1: Updates to readme file. v1.0.2: Added fits folder

研究の動機と目的

• 滑らかなバックグラウンドパラメータ化の変動に対する750 GeV二光子過剰現象の有意性のロバストネスを評価すること。
• バックグラウンドモデリングの問題により、最近の主張が2.0σまで低下する可能性があるとされるATLASの報告された有意性との乖離を解明すること。
• バックグラウンドモデルの複雑さとデータのデジタル化が有意性推定に与える影響を評価すること。
• 高二光子インバリアント質量領域における低イベント数領域がバックグラウンドの柔軟性をどのように制限するかを強調すること。

提案手法

• 150–1750 GeVの範囲で40 GeVのエネルギー幅を持つ40のビンにわたる二光子インバリアント質量に対してポアソン尤度フィットを実施。
• ATLASが公表した図からデジタイズされたビン化データを用い、デジタル化の影響を評価するための誤差解析を実施。
• 滑らかな二光子バックグラウンドの複数の関数形を検討し、ATLASのものに加え、Davisら（2016）が提案したより柔軟な形式も含む。
• バックグラウンドのみと信号＋バックグラウンドの両方のフィットを実施し、最大尤度を比較して局所的有意性を算出。
• 尤度比検定を用いて有意性を推定し、信号モデルは狭帯幅または自由幅の両方を仮定。
• デジタル化誤差を模倣するため、最初の10ビンに±3%のランダムノイズを追加し、再び有意性を評価することでロバストネスをテスト。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 より複雑なバックグラウンドパラメータ化が用いられた場合でも、750 GeV二光子過剰現象の有意性は安定しているか？
• RQ2 バックグラウンドモデルをどれだけ調整すれば観測された有意性を低下させられるか。その制限要因は何か？
• RQ3 ビン化データにおけるデジタル化誤差は、過剰現象の推定有意性にどのように影響するか？
• RQ4 高インバリアント質量領域における低イベント数領域が、バックグラウンド形状の制約に果たす役割は何か？
• RQ5 ビン化データとアンビン化データを用いた場合、とくに狭帯幅の共鳴子に対して有意性推定にどのような違いが生じるか？

主な発見

• 全テストされたバックグラウンドパラメータ化において、750 GeV二光子過剰現象の局所的有意性は3.9σに近く安定しており、モデルの変動に対してロバストであることが示された。
• Davisら（2016）のバックグラウンドモデルを用いた場合、自由幅共鳴子に対して有意性は3.8σと推定され、著しい低下は確認されなかった。
• デジタル化誤差により、±0.2σの潜在的不確実性が生じ、ATLASの公式結果との乖離の一部を説明できる可能性がある。
• 高二光子インバリアント質量領域で観測事象がほとんどないことから、許容されるバックグラウンド形状が強く制限され、過剰現象を吸収する能力が制限されている。
• ビン化解析では、共鳴子が実効的に広がるため、アンビン化ATLAS解析よりも有意性が高くなるが、この効果は分解能のネガティブパラメータが存在しないことによって相殺されている。
• バックグラウンドのパrameter範囲を制限すれば有意性はさらに高まる可能性があるため、現在の結果はロバストネスの保守的推定値を示していると考えられる。