[论文解读] 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 3

一句话总结

本文评估了ATLAS在胶胶子末态中寻找量子黑洞产生的模型不确定性，重点关注分支比处理方式与截面模型的影响。研究发现，不同的理论假设可使质量阈值极限产生高达±210 GeV的偏移，表明ATLAS报告的极限存在约5%的系统性不确定性，其中最保守的极限（低于2 TeV）源于束缚面截面的计算。

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.

研究动机与目标

• 评估理论模型假设对ATLAS在胶胶子末态中量子黑洞质量阈值极限的影响。
• 比较量子黑洞衰变模型中两种不同粒子分支比的处理方式，特别是BlackMax与Qbh事件生成器之间的差异。
• 评估截面模型选择（如硬盘模型与束缚面计算）对推导出的排除极限的影响。
• 确定由于模型依赖性导致的ATLAS质量阈值极限的系统性不确定性。
• 探讨在Randall-Sundrum类型-1模型背景下使用数据的含义。

提出的方法

• 本研究使用Qbh蒙特卡罗事件生成器模拟量子黑洞的产生与衰变，并与ATLAS分析中使用的BlackMax生成器进行比较。
• 采用泊松分布对末态粒子数量进行建模，对两体分支比的不同解释进行分析：BlackMax采用p(0;ν) + p(1;ν) + p(2;ν)，而Qbh采用p(1;ν)/(1 - p(0;ν))。
• 通过在部分子分布函数中使用黑洞质量或引力半径的倒数作为尺度，并引入基于束缚面计算的形状因子，改变截面模型。
• 针对额外维度数D = 6至11，计算95%置信水平下截面乘以接受度（σ×A）的上限。
• 在相同ATLAS胶胶子末态数据和实验接受度假设下，比较不同模型的结果，假设各模型的探测器效应可忽略不计。
• 在各种模型假设下推导质量阈值极限，并量化其相对于ATLAS基线（BlackMax）的偏移量。

实验结果

研究问题

• RQ1 对两体分支比的不同处理方式如何影响量子黑洞产生质量阈值极限的推导？
• RQ2 与硬盘截面相比，使用束缚面截面如何影响排除极限？
• RQ3 在部分子分布函数中使用不同尺度（质量 vs. 1/r_g）如何影响阈值质量极限？
• RQ4 在Randall-Sundrum类型-1模型背景下解释ATLAS数据时，其对应的阈值质量极限是多少？
• RQ5 由于模型依赖性导致的ATLAS质量阈值极限的总体系统性不确定性是多少？

主要发现

• 对于假设使用硬盘截面的模型，由于分支比和截面模型假设的差异，阈值质量极限的模型不确定性约为5%。
• 使用束缚面截面会使所有额外维度数下ATLAS的质量阈值极限低于2 TeV，表明这是一种更保守的约束。
• Qbh模型排除了散射过程对分支比的贡献，与BlackMax相比，将阈值质量极限降低了最多120 GeV；进一步考虑非胶子末态后，额外降低90 GeV，总计较原始ATLAS结果降低210 GeV。
• 当在部分子分布函数中使用引力半径的倒数作为尺度时，与使用黑洞质量相比，阈值质量极限最高可提高70 GeV。
• 基于束缚面计算引入形状因子后，阈值质量极限最高可提高200 GeV，显著改变了排除边界。
• 在Randall-Sundrum类型-1模型背景下解释ATLAS数据，可得出阈值质量的下限为2.84 TeV，表明数据对不同理论框架具有敏感性。