Exploring New Physics Through Collider and Gravitational Wave Measurements with Artificial Neural Networks: the Case Study of QCD-like Technicolor
(2023) FYTM03 20222Department of Physics
Theoretical Particle Physics - Undergoing reorganization
- Abstract
- With physicists actively exploring Beyond the Standard Model (BSM) theories that may fill in the gaps of the Standard Model (SM), a fundamental question arises: which parameters hold physical significance? In this thesis, we present our initial progress towards the development of a model-independent artificial intelligence framework designed for conducting parameter space scans in BSM scenarios. Our framework incorporates several publicly available high-energy physics packages, namely SPheno, HiggsBounds, HiggsSignals, and CosmoTransitions. These packages enable us to impose various constraints including unitarity, electroweak precision, Higgs exclusion limits, and strong detectable first-order cosmic phase transitions. To demonstrate the... (More)
- With physicists actively exploring Beyond the Standard Model (BSM) theories that may fill in the gaps of the Standard Model (SM), a fundamental question arises: which parameters hold physical significance? In this thesis, we present our initial progress towards the development of a model-independent artificial intelligence framework designed for conducting parameter space scans in BSM scenarios. Our framework incorporates several publicly available high-energy physics packages, namely SPheno, HiggsBounds, HiggsSignals, and CosmoTransitions. These packages enable us to impose various constraints including unitarity, electroweak precision, Higgs exclusion limits, and strong detectable first-order cosmic phase transitions. To demonstrate the effectiveness of our framework, we apply it to a singlet-triplet extended SM, serving as a minimal low-scale effective field theory for a quantum chromodynamic-like Technicolor (TC) theory. A proper phenomenological investigation and parameter space analysis of the TC theory in the UV-limit are planned for future work. The findings from our preliminary investigation exhibit promising results, demonstrating a substantial efficiency enhancement when compared to conventional random search approaches for identifying physically relevant parameter points. These outcomes pave the way for future BSM studies utilizing our developed framework. (Less)
- Popular Abstract (Swedish)
- Standardmodellen är idag fysikens mest konkreta beskrivning av universums minsta beståndsdelar. Den tillåter oss att kategorisera den synliga materian i sina grundläggande partiklar och beskriva deras växelverkan genom tre av de fyra fundamentala naturkrafterna; elektromagnetism, den starka kraften och den svaga kraften. Modellen har även lyckats förena beskrivningen av elektromagnetism och den svaga kraften till en och samma teori, som kallas den elektrosvaga teorin. Den elektrosvaga teorin spelar en väsentlig roll i Higgsmekanismen, vilket är den mekanism som genererar massa åt många av de fundamentala partiklarna i Standardmodellen.
Trots stora framgångar med Standardmodellen finns det fortfarande fenomen som den inte kan förklara.... (More) - Standardmodellen är idag fysikens mest konkreta beskrivning av universums minsta beståndsdelar. Den tillåter oss att kategorisera den synliga materian i sina grundläggande partiklar och beskriva deras växelverkan genom tre av de fyra fundamentala naturkrafterna; elektromagnetism, den starka kraften och den svaga kraften. Modellen har även lyckats förena beskrivningen av elektromagnetism och den svaga kraften till en och samma teori, som kallas den elektrosvaga teorin. Den elektrosvaga teorin spelar en väsentlig roll i Higgsmekanismen, vilket är den mekanism som genererar massa åt många av de fundamentala partiklarna i Standardmodellen.
Trots stora framgångar med Standardmodellen finns det fortfarande fenomen som den inte kan förklara. Ett exempel är de kosmologiska observationerna som visar att det finns en betydligt större andel materia än antimateria i universum. Ett annat exempel är vad som i grunden driver Higgsmekanismen från första början. Eftersom modellen inte kan besvara dessa frågor, tyder det på att det finns ny fysik bortom Standardmodellen.
Därför föreslås det regelbundet utökade modeller med fler partiklar och interaktioner, vilket också bidrar till flera nya parametrar. En naturlig fråga blir då: vilka värden ska de nya parametrarna ha för att ge en giltig fysikalisk teori? Eftersom många parametervärden förutspår fysik som inte kommer överens med observationer från partikelacceleratorer och kosmologi blir många värden för parametrarna uteslutna, och en slumpmässig sökning blir mycket tidskrävande. För att underlätta sökningen har vi utvecklat ett program som använder sig av artificiell intelligens i form av ett neuralt nätverk. Målet är att låta nätverket rekommendera parametervärden som den anser är bra, i hopp om att sannolikheten för att hitta bra parametervärden går upp. Effektiviteten av nätverket testas genom att tillämpa den på en förenklad modell, baserad på den mer komplicerade "Technicolor" modellen. När nätverket anses vara tillräckligt effektivt, planeras den att tillämpas på Technicolor modellen och andra fysikaliskt relevanta modeller. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
http://lup.lub.lu.se/student-papers/record/9135185
- author
- Kamal, Ashar Ahmed LU
- supervisor
- organization
- course
- FYTM03 20222
- year
- 2023
- type
- H1 - Master's Degree (One Year)
- subject
- keywords
- Artificial Neural Networks, ANN, Beyond the Standard Model, BSM, parameter space scan
- language
- English
- id
- 9135185
- date added to LUP
- 2023-09-01 15:45:23
- date last changed
- 2023-09-01 15:45:23
@misc{9135185,
abstract = {{With physicists actively exploring Beyond the Standard Model (BSM) theories that may fill in the gaps of the Standard Model (SM), a fundamental question arises: which parameters hold physical significance? In this thesis, we present our initial progress towards the development of a model-independent artificial intelligence framework designed for conducting parameter space scans in BSM scenarios. Our framework incorporates several publicly available high-energy physics packages, namely SPheno, HiggsBounds, HiggsSignals, and CosmoTransitions. These packages enable us to impose various constraints including unitarity, electroweak precision, Higgs exclusion limits, and strong detectable first-order cosmic phase transitions. To demonstrate the effectiveness of our framework, we apply it to a singlet-triplet extended SM, serving as a minimal low-scale effective field theory for a quantum chromodynamic-like Technicolor (TC) theory. A proper phenomenological investigation and parameter space analysis of the TC theory in the UV-limit are planned for future work. The findings from our preliminary investigation exhibit promising results, demonstrating a substantial efficiency enhancement when compared to conventional random search approaches for identifying physically relevant parameter points. These outcomes pave the way for future BSM studies utilizing our developed framework.}},
author = {{Kamal, Ashar Ahmed}},
language = {{eng}},
note = {{Student Paper}},
title = {{Exploring New Physics Through Collider and Gravitational Wave Measurements with Artificial Neural Networks: the Case Study of QCD-like Technicolor}},
year = {{2023}},
}