[论文解读] 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 39

一句话总结

CheckMATE 是一种计算工具，可使理论物理学家通过自动将模拟事件文件与大量实验分析进行比较，从而将其新物理模型与 LHC 数据进行对比验证。该工具可确定某模型是否在 95% 置信水平下被排除，考虑了探测器效应和分析特异性截断，并支持仅需最少用户输入即可快速重新解释 LHC 结果的任意模型。

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)

研究动机与目标

• 为解决实验合作组未直接测试的新物理模型重新解释 LHC 数据的挑战。
• 减轻理论物理学家在调整探测器模拟和理解复杂分析细节方面的负担。
• 提供一种标准化且可扩展的框架，用于将任意新物理模型与广泛的 LHC 搜索结果进行比较。
• 通过事件文件和截面信息实现无需深入分析专业知识的快速模型排除测试。
• 通过允许将新实验分析轻松集成到框架中，支持未来 LHC 结果的发布。

提出的方法

• 接受多种格式的模拟事件文件和截面信息作为输入。
• 使用模块化分析管理器与不断扩展的已验证 LHC 搜索分析库进行接口。
• 通过基于 Delphes 的模拟实现探测器效应，包括针对喷注、光子、电子、μ子、b-夸克喷注和 τ 子的调优响应模型。
• 应用官方 ATLAS 和 CMS 分析中的运动学截断和信号区域定义，以模拟实验条件。
• 使用 CLs 方法在 95% 置信水平下计算排除极限，并支持详细的似然度报告。
• 支持使用高级运动学判别变量（如 MT2），并包含经过验证的算法实现（如 Oxbridge Kinetics）。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在不重新实现每个分析的前提下，高效地将新物理模型与广泛的 LHC 搜索进行对比？
• RQ2 基于事件级模拟与实验信号区域的比较，模型在多大程度上可被排除？
• RQ3 CheckMATE 在使用模拟探测器效应时，能否准确复现真实 LHC 分析的排除能力？
• RQ4 CheckMATE 是否可扩展以包含未来发布的 LHC 结果，且仅需极少配置调整？
• RQ5 在使用简化模型假设时，分支比和多种产生模式对模型排除结果有何影响？

主要发现

• CheckMATE 准确复现了多个 ATLAS 和 CMS 分析的排除极限，包括超对称、单喷注和单光子末态的分析结果。
• 在验证 10 余项已发表分析（包括 ATLAS-CONF-2013-061 和 CMS-1303-2985）时，该工具与实验结果高度一致。
• 即使在压缩谱或非 100% 分支比等复杂情况下，CheckMATE 也能正确识别被排除的模型。
• 该框架通过为喷注、轻子、b-夸克喷注和 τ 介子衰变调优的 Delphes 卡片，实现了对探测器效应的精确建模。
• 性能基准测试表明，单个模型可在标准台式机上于 10 分钟内完成对 20 多项分析的测试。
• 该工具显著缩短了分析时间，使未被原始实验目标覆盖的模型能够快速重新解释 LHC 数据。