Tajemnicze odchylenie odkryte przez CMS w statystyce Run 1 nie zostało potwierdzone w danych za 2016 r. • Igor Ivanov • Wiadomości naukowe na temat "Elementów" • LHC, detektor CMS, poszukiwanie nowej fizyki

Tajemnicze odchylenie znalezione przez CMS w statystyce Run 1 nie zostało potwierdzone w danych za 2016 rok

Ryc. 1. Rozkład wybranych zdarzeń przez niezmienną masę pary mionów w regionie sygnału 1 (po lewej) i 2 (po prawej). Czarne kropki z błędami – Dane detektora CMS w sesji Run 1, histogramy kolorów – wkłady z procesów działających w tle. Obraz z omawianego artykułu

Poprzez rutynowe wyszukiwanie efektów Nowej Fizyki w kanale produkcji par mionowych i dżetów B, współpraca CMS znalazła w danych Run 1 nieoczekiwanie silne odchylenie od tła z niezmienną masą pary mionów o wartości 28 GeV. Może to być głośne odkrycie, jeśli sesja Run 2 potwierdziła odchylenie, ale w danych 2016 takie odchylenie nie jest widoczne. Wobec braku zrozumienia, w jaki sposób porównać te dwa zestawy danych, współpraca CMS do tej pory powstrzymuje się od wydania werdyktu.

Budując modele Nowej Fizyki, teoretycy zwykle uzupełniają Model Standardowy o nowe ciężkie cząstki o masach rzędu TeV i wyższych. Kiedy eksperymentatorzy testują przewidywania takich modeli przy użyciu danych LHC, mierzą przekrój poprzeczny do produkcji dwóch lub więcej cząstek (dwa fotony, dwa leptony lub dwa strumienie hadronów) dla różnych niezmiennych mas i szukają anomalnych wybuchów na gładkim tle Modelu Standardowego.W latach 2013-2015, kiedy było intensywne przetwarzanie danych sesji Run 1, takie wybuchy zdarzały się czasami (śledziliśmy je na stronie Collider Mystery). Następnie, pod naporem danych z Run 2 przy wyższej energii zderzenia 13 TeV, wszystkie te odchylenia, jeden po drugim, zniknęły.

Jednak Nowa Fizyka może się przejawiać inaczej, w postaci stosunkowo lekkich cząstek, które są dość dostępne dla zderzacza pod względem energii, ale z jakiegoś powodu pozostają niezauważone. Na przykład rzadko mogą rodzić się w LHC z powodu słabości ich interakcji ze zwykłą materią. Lub wolą rozpadać się na takie zestawy cząstek, w których tło modelu standardowego jest bardzo duże. Dlatego za każdym razem, gdy eksperymentatorzy gromadzą dużą ilość nowych danych, szukają nie tylko ciężkich, ale także umiarkowanie lekkich cząstek o masie kilkudziesięciu GeV.

Współpraca z CMS opublikowała niedawno wyniki wyszukiwania nowych cząstek w artykule "TeV (arXiv: 1808.01890)" masa od 12 do 70 GeV w danych Run 1 i pierwszy etap Run 2, który był ograniczony do 2016 (integralna jasność to 36 funtów-1). W pracy badano produkcję pary kwarków-antykwarków oraz pary mionów i antymonów o wystarczająco dużych pędach poprzecznych.Miony są dobrze rejestrowane bezpośrednio, a kwarki b są określane pośrednio, przez obecność co najmniej jednego b-jet (strumień hadronowy zawierający piękny hadron). Kryteria selekcji zdarzeń uwzględniały momenty wszystkich cząstek. Miony miały mieć pęd poprzeczny co najmniej 25 GeV, ich niezmienna masa powinna przekraczać 12 GeV, w celu odcięcia zdarzeń od narodzin i rozpadu ciężkich hadronów na miony. Dysze powinny również mieć znaczny poprzeczny pęd, co najmniej 30 GeV. W tym przypadku b-jet powinien wpaść w centralną część detektora, a drugi strumień hadronu wystrzelił w kierunku wciśniętym do osi zderzenia (obszar sygnału 1) lub został zapisany w centralnej części detektora (obszar sygnału 2). Wszystkie te kryteria wybrano do poszukiwania zdarzeń z narodzinami pary b-anty-b, która natychmiast promieniuje hipotetyczny bozon lekki A, który rozpada się na miony. Cząstki takie istnieją w wielu modelach Nowej Fizyki, w tym w modelach lub teoriach multi-Higgsa z nowymi interakcjami i umiarkowanie ciężkimi nośnikami cząstek.

Ta sama współpraca CMS już szukała podobnych zdarzeń w danych Run 1 (zobzeszłoroczny artykuł "Wyszukiwanie światła" na kwarta (ach) = 8 TeV (arXiv: 1707.07283), ale nie znalazłem niczego, co wpadłoby mi w oko. W rozkładzie na niezmienną masę mionową mμμ obserwowano pojedyncze eksplozje, ale ze względu na duże szczątkowe tło nie wzbudziły one podejrzeń. Teraz algorytm wyboru zdarzeń został poprawiony, tło z Modelu Standardowego zostało znacząco stłumione – w danych nagle wydały się detale, które wcześniej były niewidoczne.

Na rys. 1 pokazuje rozkład mμμ w dwóch obszarach sygnału. Niemal wszędzie dane zgadzają się z tłem Modelu Standardowego (histogramy kolorów). Jednak w obszarze 25-30 GeV na obu wykresach widoczna jest wyraźna różnica, która wpływa nie na jeden punkt, ale na mały przedział wartości. Lokalna istotność statystyczna różnicy w pierwszym regionie wynosi 4,2σ, a nawet po dostosowaniu do liczności próbkowania pozostaje na stałym poziomie 3σ. W drugim regionie lokalne znaczenie odchylenia jest skromniejsze i osiąga jedynie 2,9σ. Jednak fakt, że spada dokładnie na ten sam obszar mas, podkreśla niezwykłość odchylenia.

Ten komunikat może być głośnym stwierdzeniem, które może wywołać strumień teoretycznej pracy, jeśli dane z Run 2 potwierdziły odchylenie.Ale niestety, w statystykach 2016 roku (niższa para wykresów na ryc. 2) oko nie ma się do czego przyczepić. Jeśli w obszarze sygnału 1 w tym miejscu pojawi się ślad fali, to w obszarze 2 występuje niedobór zdarzeń, a nie nadmiar.

Ryc. 2 Taki sam rozkład jak na rys. 1, dla danych z Run 1 (górny rząd) i danych Run 2 na rok 2016 (dolny rząd). Linia kropkowana pokazuje wynik dopasowania (patrz aproksymacja Fitness) danych tylko z jednym tłem, pełna krzywa – najlepsze przybliżenie uwzględniające rezonans. Obraz z omawianego artykułu

Czy dane z 2016 r. Zamykają sesję Run 1? Collaboration CMS w swoim artykule stosuje bardzo ostrożne sformułowania. Z jednej strony, autorzy wielokrotnie sprawdzali wszystkie znane źródła błędów systematycznych i nie mogą odpisać gwałtownego wzrostu w żadnym z nich. Czy może to być spowodowane przez jakiś egzotyczny proces fizyczny, który słabnie wraz ze wzrostem energii zderzeń protonów? Autorzy zauważają, że sygnał Run 1 zdecydowanie nie może być dodatkowym bozonem Higgsa, który przewidywany jest przez proste modele multihiggowe, ponieważ wtedy okazał się znacznie silniejszy w innych kanałach zaniku.Ale jeśli nie jest jasne, co mogło spowodować gwałtowny wzrost w sesji Run 1, to na razie trzeba powstrzymać się od bezpośredniego porównywania dwóch zbiorów danych przy energiach 8 i 13 TeV. Współpraca jest ograniczona tylko ogólną obserwacją, że potrzebne są nowe dane i świeże spojrzenie teoretyków na tę sytuację. Dopóki społeczność nie osiągnie konsensusu, sytuacja pozostaje zawieszona.

Suplement. W komentarzach do tej wiadomości bezpośredni autorzy analizy jeszcze raz podkreślają, że w obecnej sytuacji, bez szczegółowego zrozumienia, jaki proces może wykryć sygnał wykryty przy 8 TeV, niemożliwe jest wyciągnięcie ostatecznego wniosku, czy dane z Run 1 potwierdzają sesję przy 13 TeV, czy też nie. Można jedynie argumentować, że nowe dane nie zamknęły sygnału. Ponadto warunki kolizji w 13 TeV różnią się od sesji Run 1, a algorytm wyboru nie został zoptymalizowany pod kątem tych zmian. Dlatego też autorzy nalegają, by cierpliwie poczekać na aktualizację danych CMS, podobny wynik z ATLAS i posłuchać, co mogą zaoferować teoretycy.

Igor Ivanov


Like this post? Please share to your friends:

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: