背景不确定性下的计数实验发现灵敏度

在粒子物理学中，新信号过程的搜索通常基于观察泊松分布的事件数，其均值包含背景和假设的信号贡献。发现显著性可以用背景-only假设的p值的标准偏差等价数来表示。为了表征实验灵敏度，可以报告在名义信号强度下的中位数发现显著性。本文推导了在预期背景事件数已知和背景率不确定但受泊松控制测量约束的情况下中位数显著性的近似表达式。公式基于使用轮廓似然比检验统计量的检验统计量，中位数显著性使用Asimov数据集进行近似。高阶渐近修正基于Barndorff-Nielsen $r^\ast$统计量，同时应用于观察和预期发现显著性。结果的有效性与蒙特卡洛结果以及其他用于预期显著性的公式进行比较。高阶修正在低事件产量下提供了有意义的改进。这些结果对于获得计划实验的灵敏度准确评估以及确定决定预期信号和背景事件数的最佳截断至关重要。