[論文レビュー] A study on Matrix Element corrections in inclusive Z/ gamma* production at LHC as implemented in PYTHIA, HERWIG, ALPGEN and SHERPA

P. Lenzi, J. M. Butterworth|ArXiv.org|Mar 23, 2009

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 18被引用数 5

ひとこと要約

本稿は、LHCにおける包括的Z/γ*生成における4つの主要なイベントジェネレータ—PYTHIA、HERWIG、AlpGen、SHERPA—における行列要素（ME）補正を評価する。ME補正を施した部分素子シャワー技術を比較し、PYTHIAとHERWIGが1本のパートンME補正を正しく再現しているのに対し、SHERPAとAlpGenは分離スケールを用いて複数のハード発光にまでこれを拡張している。単一発光に制限した場合、結果はPYTHIAと一致しており、ME-PSマッチングスケールにほとんど依存しないことが確認された。

ABSTRACT

We study Matrix Element corrections as implemented in four popular event generators for hadron collisions. We compare PYTHIA, HERWIG, ALPGEN and SHERPA in the Z/gamma* inclusive production at LHC. PYTHIA and HERWIG are able to correct the first emission from the shower taking the Matrix Element calculation for one additional parton into account. SHERPA and ALPGEN are able to take into account Matrix Element corrections not only for one, but rather for several hard emissions from the incoming partons. This can be done at the price of introducing a separation cut to distinguish a Matrix Element and a Parton Shower populated regions. In this paper we check the effect of Matrix Element corrections in PYTHIA and HERWIG and we check that results from these two generators are consistent. Then we turn to SHERPA and ALPGEN, that implement two different methods to match Matrix Element calculations and Parton Shower. If we constraint them so that no more than one parton can emerge from the Matrix Element calculations they should both give results similar to PYTHIA and HERWIG. In other words PYTHIA and HERWIG provide us with the correct reference to spot possible issues with the matching prescriptions implemented in SHERPA and ALPGEN. We also check to what extent the dependency on the Matrix Element - Parton Shower separation cut is canceled in these two generators.

研究の動機と目的

• LHCにおける包括的Z/γ*生成の主要なモンテカルロイベントジェネレータにおける行列要素補正の実装と一貫性を評価すること。
• SHERPAとAlpGenが、ME-PSマージングにより複数のハード発光を扱うが、1つの追加パートオン発光に制限した場合に、PYTHIAとHERWIGの基準結果をどの程度再現するかを評価すること。
• AlpGenとSHERPAにおけるME-PSマッチングに用いる任意の分離スケールに、結果がどの程度依存するかを調査すること。
• AlpGenで生成されたイベントに異なるシャワリングアルゴリズムを適用した場合、低pT Zボソンの横運動量スペクトルにどのような差が生じるかを特定すること。

提案手法

• PYTHIAとHERWIGでは、部分素子シャワーの再重み付けによりME補正を適用：1つの追加パートオン発光に対して、正確な行列要素計算を用いて最初の発光確率を調整する。
• SHERPAとAlpGenでは、ME-PSマージングを適用：しきい値を超えるn個のパートオンが、n粒子行列要素で記述され、低pT発光はシャワリングされる。
• SHERPAとAlpGenを1つの追加パートオン発光に制限し、PYTHIAとHERWIGをベンチマークとして比較することで、一貫性テストを実施。
• AlpGenとSHERPAにおけるMEカット値を複数設定し、MEとPS領域を分離するための任意のスケールに依存する結果のロバストネスをテスト。
• Zボソンの横運動量、レプトンpT、ジェットレートなどの観測量を、ジェネレータおよび設定ごとに比較。
• CTEQ6Lのパートオン密度関数を用い、多重相互作用とQED放射を無効化することで、ME補正の影響を孤立させる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 PYTHIAとHERWIGは、Z/γ*生成における最初の発光にME補正を適用した場合、一貫した結果を生じるか？
• RQ2 SHERPAとAlpGenは、1つの追加パートオン発光に制限した場合、PYTHIA/HERWIGのベンチマークをどの程度再現するか？
• RQ3 AlpGenとSHERPAにおける結果は、ME-PS分離スケールの選択にどの程度敏感か？
• RQ4 なぜAlpGen + PYTHIAはME補正を施したPYTHIAよりもZボソンpTスペクトルがやや弱くなるのか？また、PYTHIAの代わりにHERWIGをシャワリングに用いることで、この問題はどのように解消されるか？
• RQ5 AlpGenで生成されたイベントに、異なるパートオンシャワリングプログラム（PYTHIA対HERWIG）を適用した場合、低pT観測量にどのような影響があるか？

主な発見

• PYTHIAとHERWIGは、ME補正を施したZ/γ*生成において一貫した結果を示し、1つの追加パートオン発光に対する再重み付け手法の妥当性が裏付けられた。
• SHERPAは、1つのハード発光に制限した場合、PYTHIAのベンチマークを非常に良く再現しており、ME-PSマージングスキームの信頼性が確認された。
• AlpGen + PYTHIAは、低pT ZボソンにおけるME補正を施したPYTHIAのスペクトルを再現できない。これは、PYTHIAがAlpGenイベントをシャワリングする際にME補正が無効化されているためである。
• PYTHIAの代わりにHERWIGを用いてAlpGenイベントをシャワリングすると、全pTスペクトルにわたりME補正を施したPYTHIAと一致するようになる。これは、問題がPYTHIAがAlpGenイベントを処理する方法に起因していることを示している。
• AlpGenとSHERPAの両方で、ME-PSマッチングスケールに依存する影響は最小限であり、さまざまなカット値に対して結果の変動が僅かであるため、マッチング手順のロバストネスが確認された。
• AlpGenにおける1→0遷移の微分的ジェットレートは、MEカット値に対してほとんど感度を示さず、マージング手順におけるスケール不変性が裏付けられた。