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Title: A strategy for a general search for new phenomena using data-derived signal regions and its application within the ATLAS experiment

Journal Article · · European Physical Journal. C, Particles and Fields
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© 2019, CERN for the benefit of the ATLAS collaboration. This paper describes a strategy for a general search used by the ATLAS Collaboration to find potential indications of new physics. Events are classified according to their final state into many event classes. For each event class an automated search algorithm tests whether the data are compatible with the Monte Carlo simulated expectation in several distributions sensitive to the effects of new physics. The significance of a deviation is quantified using pseudo-experiments. A data selection with a significant deviation defines a signal region for a dedicated follow-up analysis with an improved background expectation. The analysis of the data-derived signal regions on a new dataset allows a statistical interpretation without the large look-elsewhere effect. The sensitivity of the approach is discussed using Standard Model processes and benchmark signals of new physics. As an example, results are shown for 3.2 fb- 1 of proton–proton collision data at a centre-of-mass energy of 13 TeV collected with the ATLAS detector at the LHC in 2015, in which more than 700 event classes and more than 10 5 regions have been analysed. No significant deviations are found and consequently no data-derived signal regions for a follow-up analysis have been defined.

Research Organization:
Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL), Berkeley, CA (United States). National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC); SLAC National Accelerator Laboratory (SLAC), Menlo Park, CA (United States); Harvard Univ., Cambridge, MA (United States)
Sponsoring Organization:
USDOE Office of Science (SC); USDOE
Contributing Organization:
ATLAS Collaboration
Grant/Contract Number:
SC0007881; AC02-76SF00515; AC02-05CH11231
OSTI ID:
1529245
Alternate ID(s):
OSTI ID: 1503077; OSTI ID: 1550868; OSTI ID: 1730913
Journal Information:
European Physical Journal. C, Particles and Fields, Vol. 79, Issue 2; ISSN 1434-6044
Publisher:
SpringerCopyright Statement
Country of Publication:
United States
Language:
English

References (55)

A general search for new phenomena in ep scattering at HERA journal November 2004
Vector boson pair production at the LHC journal July 2011
Next-to-next-to-leading-order collinear and soft gluon corrections for t -channel single top quark production journal May 2011
Super-symmetry and non-Abelian gauges journal August 1974
The anti- k t jet clustering algorithm journal April 2008
Quasi-model-independent search for new physics at large transverse momentum journal June 2001
The principal axis of jets — an attempt to analyse high-energy collisions as two-body processes journal September 1964
The EvtGen particle decay simulation package journal April 2001
Scattering Amplitudes with Open Loops journal March 2012
The physics of heavy Z ′ gauge bosons journal August 2009
A general framework for implementing NLO calculations in shower Monte Carlo programs: the POWHEG BOX journal June 2010
PYTHIA 6.4 physics and manual journal May 2006
The automated computation of tree-level and next-to-leading order differential cross sections, and their matching to parton shower simulations journal July 2014
Squark and Gluino Hadroproduction journal June 2011
FastJet user manual: (for version 3.0.2) journal March 2012
A general search for new phenomena at HERA journal April 2009
High-Precision Differential Predictions for Top-Quark Pairs at the LHC journal February 2016
Measurements of W γ and Z γ production in p p collisions at s = 7     TeV with the ATLAS detector at the LHC journal June 2013
Quantum Chromodynamics Test for Jets journal December 1977
Supersymmetric top and bottom squark production at hadron colliders journal August 2010
Event generation with SHERPA 1.1 journal February 2009
Dynamical scales for multi-TeV top-pair production at the LHC journal April 2017
The ATLAS Simulation Infrastructure journal September 2010
Tuning Monte Carlo generators: The Perugia tunes journal October 2010
Extra gauge bosons in E 6 journal September 1986
Two-loop soft anomalous dimensions for single top quark associated production with a W − or H − journal September 2010
HERWIG 6: an event generator for hadron emission reactions with interfering gluons (including supersymmetric processes) journal January 2001
Herwig++ physics and manual journal November 2008
Update on vector boson pair production at hadron colliders journal November 1999
Supergauge invariant Yang-Mills theories journal September 1974
Stop production at hadron colliders journal March 1998
New Generation of Parton Distributions with Uncertainties from Global QCD Analysis journal July 2002
Model independent search for new phenomena in p p ¯ collisions at s = 1.96     TeV journal May 2012
Model-independent and quasi-model-independent search for new physics at CDF journal July 2008
Is the neutrino a goldstone particle? journal September 1973
A brief introduction to PYTHIA 8.1 journal June 2008
Supergauge invariant extension of quantum electrodynamics journal August 1974
Supergauge transformations in four dimensions journal February 1974
New parton distributions for collider physics journal October 2010
Comix, a new matrix element generator journal December 2008
Parton distributions for the LHC journal July 2009
A parton shower algorithm based on Catani-Seymour dipole factorisation journal March 2008
Parton distributions with LHC data journal February 2013
Top++: A program for the calculation of the top-pair cross-section at hadron colliders journal November 2014
Matching tree-level matrix elements with interleaved showers journal March 2012
Global search for new physics with 2.0     fb − 1 at CDF journal January 2009
Next-to-next-to-leading logarithm resummation for s -channel single top quark production journal March 2010
Geant4—a simulation toolkit
  • Agostinelli, S.; Allison, J.; Amako, K.
  • Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, Vol. 506, Issue 3 https://doi.org/10.1016/S0168-9002(03)01368-8
journal July 2003
Quasi-Model-Independent Search for New High p T Physics at D0 journal April 2001
FEWZ 2.0: A code for hadronic Z production at next-to-next-to-leading order journal November 2011
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Search for new physics in e μ X data at DØ using SLEUTH: A quasi-model-independent search strategy for new physics journal October 2000
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