[論文レビュー] Model uncertainties on limits for quantum black hole production in dijet events from ATLAS

D. M. Gingrich, Krishan Saraswat|arXiv (Cornell University)|Oct 12, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 9被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、量子ブラックホール生成のATLAS二ジェット探索におけるモデルの不確実性を評価し、分岐比の取り扱い方と断面積モデルに注目している。異なる理論的仮定が質量閾値限界を最大±210 GeVまでずらす可能性があることが判明し、ATLASが報告した限界値に対する系統的不確実性が約5%であることを示唆している。最も保守的な限界値（2 TeV未満）は、捕獲表面断面積に基づくものである。

ABSTRACT

We study the model uncertainties on limits for quantum black hole production in dijet events from ATLAS. For models that assume a hard-disk cross section, the model uncertainty on the threshold mass limits is about 5%. If the trapped surface calculation is used for the cross section, the ATLAS mass threshold limits are below 2 TeV for all number of dimensions. Using the ATLAS data in the context of the Randall-Sundrum type-1 model gives a threshold mass lower limit of 2.84 TeV.

研究の動機と目的

• ATLASの二ジェット終状態における量子ブラックホール質量閾値限界に、理論的モデル仮定が与える影響を評価すること。
• BlackMaxとQbhイベントジェネレータの両者における二粒子分岐比の取り扱い方の違いを、特に量子ブラックホール崩壊モデルにおいて比較すること。
• 断面積モデルの選択（例えば、ハードディスク対、捕獲表面計算に基づくもの）が導かれる除外限界に与える影響を評価すること。
• モデル依存性に起因するATLASの質量閾値限界における系統的不確実性を特定すること。
• ランダム・サンドルム型1モデルの文脈でデータを解釈する際の意味を検討すること。

提案手法

• 本研究では、Qbhモンテカルロイベントジェネレータを用いて量子ブラックホール生成と崩壊をモデル化し、ATLAS解析で用いられたBlackMaxジェネレータと比較している。
• 最終状態粒子の数をポisson分布でモデル化し、二粒子分岐比の解釈を異なる方法で適用している：BlackMaxはp(0;ν) + p(1;ν) + p(2;ν)を用いるが、Qbhはp(1;ν)/(1 - p(0;ν))を用いる。
• 断面積モデルを変化させるために、パートン分布関数におけるスケールとしてブラックホール質量または逆重力半径を用い、捕獲表面計算に基づく形因数を組み込んでいる。
• 異なる次元数（D = 6から11）に対して、断面積×効率（σ×A）の95%信頼水準における上限を計算している。
• 同じATLAS二ジェットデータと実験的効率の仮定を用いて、モデル間の比較を実施しており、各モデルにおいて検出器効果は無視可能であると仮定している。
• さまざまなモデル仮定のもとでの質量閾値限界を導出し、ATLASベースライン（BlackMax）との相対的なずれを定量的に評価している。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 二粒子分岐比の取り扱い方の違いが、量子ブラックホール生成の質量閾値限界にどのように影響するか？
• RQ2 ハードディスク断面積ではなく捕獲表面断面積を用いる場合、除外限界にどのような影響があるか？
• RQ3 パートン分布関数に用いるスケール（質量対1/r_g）の変更が、閾値質量限界に与える影響は何か？
• RQ4 ランダム・サンドルム型1モデルの文脈でATLASデータを解釈した場合、得られる質量閾値限界は何か？
• RQ5 モデル依存性に起因するATLASの質量閾値限界における総合的な系統的不確実性は何か？

主な発見

• ハードディスク断面積を仮定するモデルでは、分岐比および断面積モデルの仮定の違いに起因する、閾値質量限界のモデル不確実性は約5%である。
• 捕獲表面断面積を用いることで、全次元数（D = 6～11）に対して2 TeV未満のATLAS質量閾値限界が低下し、より保守的な境界が得られる。
• 散乱過程を分岐比から除外するQbhモデルでは、BlackMaxと比較して閾値質量限界が最大120 GeV低下し、さらにジェットでない終状態を考慮に入れると、さらに90 GeV低下し、合計で元のATLAS結果から210 GeVの低下が生じる。
• パートン分布関数に逆重力半径をスケールとして用いる場合、ブラックホール質量を用いる場合と比較して、閾値質量限界は最大70 GeV上昇する。
• 捕獲表面計算に基づく形因数を組み込むと、閾値質量限界は最大200 GeV上昇し、除外境界が顕著に変化する。
• ATLASデータをランダム・サンドルム型1モデルの文脈で解釈すると、質量閾値の下限が2.84 TeVに達し、データが異なる理論的枠組みに敏感であることが示された。