Gráficas de física de partículas

Los gráficos en el eje y representan los niveles de confianza para el valor de la relación de la sección_transversal_medida/modelo_estándar. El blog de Vixra tiene las tramas mejor etiquetadas.

La línea de corte es y=1. Si está por debajo de la línea, significa que la sección transversal está por debajo del modelo estándar dentro de los niveles de confianza. La línea esperada tiene todas las opciones de detector y modo de decaimiento (estas gráficas están compuestas de muchos modos de decaimiento) tomadas en cuenta. Lo que está por debajo de 1 se excluye dentro de 2sigma, por lo que el gráfico deja una ventana por debajo de 150GeV donde el Higgs puede estar escondido y otra alrededor de 280. El gráfico CMS excluye el 280. Más de 450 es temporada abierta.

Interpreto el gráfico en las líneas de que si lo que existe es solo el modelo estándar de Higgs, entonces con estadísticas crecientes, las líneas "esperadas" deberían converger a 1, ya que el modelo estándar en el denominador y, para "esperar el numerador también, debe haber sido evaluado para la correspondiente masa de Higgs.

¿Por qué se trazan las expectativas en lugar de distribuciones masivas con predicciones de SM? Porque cada canal individual estudiado tiene muy pocos eventos, del orden de cinco o diez, cuya significancia estadística (por no hablar de las estimaciones de errores sistemáticos) conduce a ninguna exclusión o detección. La combinación de muchos canales en este formato permite que la imaginación juegue el juego "¿Puede el Higgs estar escondido aquí?" con niveles de confianza.

2 sigma, que son estos gráficos, no hacen una detección, 5 sigma es una detección chapada en oro, aunque una desviación de 4 sigma del modelo estándar entusiasmaría a todos.

Editar : para tener una impresión de primera mano de la escasez de datos, todavía, y de por qué las tramas resumidas suenan tan esotéricas, eche un vistazo a una charla resumida . En la página 32 hay un gráfico ilustrativo de 4 leptones para varios canales, que muestra de 3 a 6 eventos en una extensión en masa de 400 GeV/c^2. Al igual que los mapas medievales que marcaban "aquí hay tigres", uno puede mirar y decir: probablemente no haya 350GeV/c ^ 2 Higgs allí, ya que ni un solo evento cae en su ancho teórico.

Las gráficas compuestas en discusión son una suma de varios canales con la esperanza de que la suma de las exclusiones extraiga algún nuevo conocimiento de física. El método que encontraron, el de dividir con las predicciones del modelo estándar (que se muestra como una línea continua en el gráfico vinculado, para una masa específica de Higgs), permite un resumen y una combinación de las regiones de exclusión de dichos gráficos, aumentando así la importancia general. Sin embargo, hay que tener en cuenta que la información se extrae de muy pocos eventos.

Edite 2 para aclarar "esperado" y "observado".

Expected esconde detrás de él una proporción de dos carreras de simulación de eventos de Monte Carlo. La ejecución del numerador tiene las estadísticas de las muestras bajo consideración, es decir, simula la muestra de datos también en el número de eventos. El denominador es una simulación de monte carlo de alta estadística, por lo que los errores en el denominador son irrelevantes. Si el numerador y el denominador provinieran de las mismas grandes simulaciones estadísticas de Monte Carlo, el "esperado" se ubicaría en 1.

Cuanto menor sea la estadística que tenga el dato real ("observado"), mayor será la posible ondulación que aparecerá en los gráficos de esta relación, tanto esperados como observados. La razón es como expliqué en la primera edición: es una trama compuesta y la cinemática de los distintos canales difiere; como las estadísticas son pocos eventos en cada canal, como se ve en los enlaces de la primera edición, habrá fluctuaciones estadísticas en la forma general.

"observado" es la proporción del número de eventos observados en esa masa específica de Higgs, sobre el número de eventos que daría el modelo estándar en esa masa específica de Higgs. Las curvas de uno sigma y 2 sigma desde la línea "esperada" dan una ventana de desviaciones permitidas estadísticamente. Solo en las regiones donde lo "observado" es superior a 1 y estadísticamente superior a lo esperado, puede ocultarse una señal de Higgs.

Estas parcelas (a veces llamadas parcelas de "banda de Brasil") muestran el límite de exclusión del 95% en la tasa de producción ($\sigma\times BR$, es decir, productino sección transversal por fracción de ramificación) del bosón de Higgs en función de su masa. Esto generalmente se normaliza a la$\sigma\times BR$del modelo estándar de Higgs.

Así que tomemos la trama de ATLAS

Con masas muy bajas, el experimento ATLAS puede afirmar con un 95 % de confianza: "Si existe un bosón de Higgs y tiene una masa de 120 GeV, no se produce a una velocidad 5 veces mayor que la que predeciría el modelo estándar" (este es el pico en la parte más a la izquierda). de la trama)

Ahora bien, esto no es muy concluyente, ya que no descarta la existencia de un higgs en esa masa. Después de todo, no esperábamos que el Higgs se produjera cinco veces más rápido . Si el SM Higgs existe, se producirá exactamente con la tasa que predice el SM (es decir, una vez la tasa).

Es por eso que las partes realmente interesantes son aquellas en las que la línea cae por debajo de uno. Entonces los experimentos pueden afirmar con un 95% de confianza "Entre 300 y 450 GeV, el bosón de Higgs, si existe, no se produce a la velocidad que predice el SM, por lo que podemos descartar su existencia en esos rangos de masa". Ahora puede haber otras partículas en este rango de masas, pero seguramente no hay bosón de Higgs que se comporte (BR, secciones transversales, acoplamiento) como el previsto por el SM.

Entonces, en conclusión, la forma de leer estos gráficos es buscar los lugares donde la línea cae por debajo de 1.

¿Cómo sería la trama cuando hubiera un higgs? Bueno, en ese punto de masa, el experimento no debería poder excluirlo. La observación de Higgs sería entonces otro análisis y otro conjunto de gráficos (como buscar resonancias).