[論文レビュー] CheckMATE: Confronting your Favourite New Physics Model with LHC Data

Manuel Drees, Herbi K. Dreiner+3 more|arXiv (Cornell University)|Dec 9, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 43被引用数 39

ひとこと要約

CheckMATE は、理論家が LHC データに対して新しい素粒子モデルをテストできる計算ツールであり、シミュレートされたイベントファイルを幅広い実験的解析と自動的に比較することで機能する。モデルが 95% 確信区間で除外されるかを判定し、検出器効果や解析固有のカットを考慮し、最小限のユーザー入力で任意のモデルについて LHC 結果の迅速な再解釈を可能にする。

ABSTRACT

Abstract In the first three years of running, the LHC has delivered a wealth of new data that is now being analysed. With over 20 fb^(-1)of integrated luminosity, both ATLAS and CMS have performed many searches for new physics that theorists are eager to test their model against. However, tuning the detector simulations, understanding the particular analysis details and interpreting the results can be a tedious task. Checkmate (Check Models At Terascale Energies) is a program package which accepts ... Title of program: CheckMATE Catalogue Id: AEUT_v1_0 Nature of problem The LHC has delivered a wealth of new data that is now being analysed. Both ATLAS and CMS have performed many searches for new physics that theorists are eager to test their model against. However, tuning the detector simulations, understanding the particular analysis details and interpreting the results can be a tedious and repetitive task. Versions of this program held in the CPC repository in Mendeley Data AEUT_v1_0; CheckMATE; 10.1016/j.cpc.2014.10.018 AEUT_v1_1; CheckMATE, AnalysisManager; 10.1016/j.cpc.2015.06.002 This program has been imported from the CPC Program Library held at Queen's University Belfast (1969-2018)

研究の動機と目的

• 実験共同作業団体が直接テストしていない新しい素粒子モデルについて、LHC データを再解釈する課題に対処すること。
• 理論家が検出器シミュレーションのチューニングや複雑な解析詳細の理解の負担を軽減すること。
• あらゆる新しい素粒子モデルを広範な LHC 探索と比較するための標準的で拡張可能なフレームワークを提供すること。
• 深いつながりのない解析の専門知識がなくても、イベントファイルと断面積情報を使って迅速にモデルの除外テストが行えるようにすること。
• 将来の LHC 結果をサポートするため、新しい実験的解析をフレームワークに簡単に統合できるようにすること。

提案手法

• 複数形式のシミュレートされたイベントファイルと断面積情報を入力として受容する。
• 拡張可能な検証済み LHC 探索解析ライブラリと接続するモジュラー解析マネージャーを使用する。
• Delphes を用いたシミュレーションにより検出器効果を実装し、ジェット、光子、電子、ミュオン、b ジェット、タウの各粒子に対してチューニングされた応答モデルを含む。
• 公式の ATLAS および CMS 析出解析からの運動量カットとシグナル領域定義を適用し、実験的状態を再現する。
• 95% 確信区間で CLs 法を用いて除外限界を計算し、詳細な尤度レポートのサポートを提供する。
• MT2 などの高度な運動量識別子の使用をサポートし、Oxbridge Kinetics などのアルゴリズムの検証済み実装を含む。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 新しい素粒子モデルを、各解析を再実装することなく、広範な LHC 探索に対して効率的にテストする方法は何か？
• RQ2 イベントレベルのシミュレーションと実験的シグナル領域との比較に基づいて、モデルがどの程度まで除外可能か？
• RQ3 シミュレートされた検出器効果を用いて、CheckMATE が実際の LHC 析出解析の除外能力をどの程度正確に再現できるか？
• RQ4 CheckMATE は、最小限の再設定で、近い将来の LHC 結果を含めるように拡張可能か？
• RQ5 簡略化モデルの仮定を用いる場合、分岐比や複数の生成モードの影響は、モデルの除外にどの程度及ぼすか？

主な発見

• CheckMATE は、スピン統一理論、モノジェット、モノフォトン最終状態を含む、複数の ATLAS および CMS 析出解析の除外限界を正確に再現した。
• 10 件以上の公表済み解析、ATLAS-CONF-2013-061 や CMS-1303-2985 を含め、検証の結果、実験結果と高い一致を示した。
• 圧縮スペクトルや非 100% 分岐比の複雑な状況でも、除外されたモデルを正しく同定した。
• ジェット、レプトン、b ジェット、タウ崩壊の各分野でチューニングされた Delphes カードを用いて、検出器効果の正確なモデリングを支援した。
• パフォーマンスベンチマークでは、標準デスクトップ上で 1 つのモデルを 20 件以上の解析に対して 10 分未満でテストできた。
• 実験が当初対象としていなかったモデルについても、LHC データの迅速な再解釈を可能にし、解析時間の大幅な短縮を実現した。