Die mysteriöse Abweichung, die von CMS in der Run 1-Statistik entdeckt wurde, wurde in den Daten 2016 nicht bestätigt. • Igor Ivanov • Wissenschaftsnachrichten zu "Elementen" • LHC, CMS-Detektor, Suche nach neuer Physik

Die mysteriöse Abweichung, die von CMS in Run 1-Statistiken gefunden wurde, wurde in den Daten für 2016 nicht bestätigt

Abb. 1. Verteilung ausgewählter Ereignisse durch die invariante Masse des Myonpaares im Signalbereich 1 (auf der linken Seite) und 2 (auf der rechten Seite). Schwarze Punkte mit Fehlern – CMS-Detektordaten in der Run 1-Sitzung, Farbhistogramme – Beiträge von Hintergrundprozessen. Bild aus dem Artikel zur Diskussion

Durch die routinemäßige Suche nach den Effekten der Neuen Physik im Produktionskanal von Myonenpaaren und b-Jets fand die CMS-Kollaboration in den Run-1-Daten eine unerwartet starke Abweichung vom Hintergrund mit einer invarianten Masse des Myonenpaares von 28 GeV. Dies könnte eine laute Entdeckung sein, wenn die Run-2-Sitzung eine Abweichung bestätigt, aber in den Daten von 2016 ist eine solche Abweichung nicht sichtbar. In Ermangelung eines Verständnisses, wie diese beiden Datensätze verglichen werden können, verzichtet die CMS-Kollaboration bisher darauf, ein Urteil zu fällen.

Modelle der Neuen Physik, Theoretiker ergänzen das Standardmodell meist um neue schwere Teilchen mit Massen in der Größenordnung von TeV und darüber. Wenn Experimentatoren die Vorhersagen solcher Modelle unter Verwendung von LHC-Daten testen, messen sie den Querschnitt für die Produktion von zwei oder mehr Teilchen (zwei Photonen, zwei Leptonen oder zwei Hadronjets) für verschiedene invariante Massen und suchen nach anomalen Explosionen auf dem glatten Hintergrund des Standardmodells.In den Jahren 2013-2015, als die Daten der Run 1-Sitzung intensiv verarbeitet wurden, traten solche Bursts manchmal auf (wir folgten ihnen auf der Collider Mystery-Seite). Unter dem Ansturm der Run 2-Daten mit einer höheren Kollisionsenergie von 13 TeV verschwanden alle diese Abweichungen nacheinander.

Die Neue Physik kann sich jedoch auf andere Weise in Form von relativ leichten Teilchen manifestieren, die energetisch für den Collider leicht zugänglich sind, aber aus irgendeinem Grund unbemerkt bleiben. Zum Beispiel können sie sehr selten auf dem LHC aufgrund der Schwäche ihrer Wechselwirkung mit gewöhnlicher Materie geboren werden. Oder sie zerfallen lieber in solche Gruppen von Partikeln, in denen der Hintergrund des Standardmodells sehr groß ist. Daher suchen die Experimentatoren jedes Mal, wenn sie eine große Menge neuer Daten sammeln, nicht nur schwere, sondern auch mäßig leichte Partikel mit Massen von einigen Dutzend GeV.

Die CMS-Kollaboration hat kürzlich die Ergebnisse der Suche nach neuen Partikeln in ihrem Artikel "TeV (arXiv: 1808.01890)" veröffentlicht. Massen von 12 bis 70 GeV in den Daten des Laufs 1 und die erste Stufe von Lauf 2, die auf 2016 beschränkt war (die integrale Helligkeit beträgt 36 fb-1). In dieser Arbeit wurde die Herstellung eines b-Quark-Antiquark-Paares und eines Myon-Antimuon-Paares mit ausreichend großen transversalen Impulsen untersucht.Myonen werden direkt gut aufgezeichnet, und b-Quarks werden indirekt durch das Vorhandensein von mindestens einem b-Jet (Hadron-Jet, der ein schönes Hadron enthält) bestimmt. Die Ereignisauswahlkriterien berücksichtigten die Impulse aller Partikel. Die Myonen sollten einen transversalen Impuls von mindestens 25 GeV tragen, ihre invariante Masse sollte 12 GeV überschreiten, um Ereignisse mit der Geburt und dem Zerfall von schweren Hadronen in Myonen abzuschneiden. Jets sollten auch einen wesentlichen transversalen Impuls von mindestens 30 GeV haben. In diesem Fall sollte der B-Jet in den zentralen Teil des Detektors fallen, und der zweite Hadronstrahl entweder in Richtung der Kollisionsachse (Signalbereich 1) ausgeflogen oder auch im zentralen Teil des Detektors (Signalbereich 2) aufgezeichnet werden. Alle diese Kriterien wurden gewählt, um nach Ereignissen mit der Geburt eines b-anti-b-Paares zu suchen, das sofort ein hypothetisches Lichtboson A ausstrahlt, das in Myonen zerfällt. Solche Teilchen existieren in vielen Modellen der Neuen Physik, einschließlich Multi-Higgs-Modelle oder Theorien mit neuen Wechselwirkungen und moderat schweren Teilchen-Trägern.

Die gleiche CMS-Kollaboration hat in Run 1-Daten bereits nach ähnlichen Ereignissen gesucht (sieheletztjähriger Artikel "Suche nach einem Licht" bei einem Quart (s) = 8 TeV (arXiv: 1707.07283), aber dann habe ich nichts gefunden, was mir ins Auge fiel. In der Verteilung über die invariante Myon-Masse mμμ einzelne Bursts wurden beobachtet, aber wegen des großen Resthintergrunds weckten sie keinen Verdacht. Jetzt wurde der Ereignisauswahlalgorithmus verbessert, der Hintergrund des Standardmodells wurde deutlich unterdrückt – und in den Daten erschienen plötzlich Details, die zuvor unsichtbar waren.

In Abb. 1 zeigt die Verteilung von mμμ in zwei Signalbereichen. Fast überall stimmen die Daten gut mit dem Hintergrund des Standardmodells (farbige Histogramme) überein. Im Bereich von 25-30 GeV gibt es jedoch in beiden Graphen einen deutlich wahrnehmbaren Unterschied, der nicht einen Punkt, sondern ein kleines Intervall von Werten betrifft. Die lokale statistische Signifikanz des Unterschieds in der ersten Region ist 4,2 & sigma; und sogar nach der Anpassung für die Abtastmultiplizität bleibt sie auf einem festen 3 & sigma; -Niveau. In der zweiten Region ist die lokale Signifikanz der Abweichung bescheidener und erreicht nur 2,9 σ. Die Tatsache, dass sie genau auf dieselbe Region der Massen fällt, unterstreicht jedoch die Ungewöhnlichkeit der Abweichung.

Diese Nachricht könnte eine laute Aussage sein, die einen Strom theoretischer Arbeit auslösen könnte, wenn die Daten des zweiten Laufs eine Abweichung bestätigen würden.Aber ach, in den Statistiken von 2016 (dem unteren Graphenpaar in Abb. 2) hat das Auge nichts zu klammern. Wenn im Signalbereich 1 an dieser Stelle ein Hinweis auf eine Überspannung auftritt, dann gibt es in Bereich 2 einen Mangel an Ereignissen und keinen Überschuß.

Abb. 2 Die gleiche Verteilung wie in Abb. 1, für Daten des Laufs 1 (obere Reihe) und Run 2 Daten für 2016 (untere Reihe). Gepunktete Linie zeigt das Ergebnis der Anpassung (siehe Fitness Approximation) Daten mit nur einem Hintergrund, durchgezogene Kurve – die beste Annäherung unter Berücksichtigung der Resonanz. Bild aus dem Artikel zur Diskussion

Schließen die 2016-Daten eine Run 1-Sitzung? Collaboration CMS in seinem Artikel befolgt sehr sorgfältige Formulierung. Auf der einen Seite haben die Autoren wiederholt alle bekannten Quellen systematischer Fehler überprüft und können in keinem von ihnen einen Anstieg abschreiben. Kann es durch einen exotischen physikalischen Prozess verursacht werden, der mit zunehmender Energie von Protonenkollisionen schwächer wird? Die Autoren stellen fest, dass das Run-1-Signal definitiv kein zusätzliches Higgs-Boson sein kann, das von einfachen Multihiggs-Modellen vorhergesagt wird, weil es sich dann in anderen Zerfallskanälen viel stärker manifestierte.Wenn aber nicht klar ist, was einen Anstieg in der Run-1-Sitzung verursacht haben könnte, ist es vorerst notwendig, auf einen direkten Vergleich zweier Datensätze bei Energien von 8 und 13 TeV zu verzichten. Die Zusammenarbeit ist nur durch eine allgemeine Beobachtung begrenzt, dass neue Daten und eine neue Sicht der Theoretiker auf diese Situation benötigt werden. Bis die Gemeinschaft zu einem Konsens kommt, bleibt die Situation ausgesetzt.

Ergänzung. In den Kommentaren zu diesen Nachrichten betonen die direkten Autoren der Analyse noch einmal, dass es in der gegenwärtigen Situation ohne detailliertes Verständnis, welchen Prozess das bei 8 TeV detektierte Signal auslösen könnte, nicht möglich ist, eine endgültige Schlussfolgerung zu ziehen, ob die Run 1-Daten die Sitzung bei 13 TeV bestätigen oder nicht. Es kann nur argumentiert werden, dass die neuen Daten das Signal nicht geschlossen haben. Darüber hinaus unterscheiden sich die Kollisionsbedingungen bei 13 TeV von der Run 1-Sitzung, und der Auswahlalgorithmus wurde nicht für diese Änderungen optimiert. Daher drängen die Autoren darauf, geduldig zu sein und auf die CMS-Datenaktualisierung zu warten, ein ähnliches Ergebnis von ATLAS, und zuzuhören, was die Theoretiker anbieten können.

Igor Iwanow


Like this post? Please share to your friends:
Schreibe einen Kommentar

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