[論文レビュー] BRIDGE: Branching Ratio Inquiry/Decay Generated Events

Patrick Meade, Matthew Reece|ArXiv.org|Mar 5, 2007

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 20被引用数 66

ひとこと要約

BRIDGE は C++ で作られたツールであり、特に MadGraph/MadEvent と併用して新物理モデルの階層的崩壊幅と崩壊チェーンを計算する。位相空間積分と HELAS アルゴリズムを用いて正確な分岐比と角度分布を計算し、ヒッグス粒子のグルーオンへの崩壊について1ループ結果と約2%の一致を達成しており、長大な崩壊チェーンを持つモデルの高速かつ効率的なイベント生成を可能にする。

ABSTRACT

We present the manual for the program BRIDGE: Branching Ratio Inquiry/Decay Generated Events. The program is designed to operate with arbitrary models defined within matrix element generators, so that one can simulate events with small final-state multiplicities, decay them with BRIDGE, and then pass them to showering and hadronization programs. BRI can automatically calculate widths of two and three body decays. DGE can decay unstable particles in any Les Houches formatted event file. DGE is useful for the generation of event files with long decay chains, replacing large matrix elements by small matrix elements followed by sequences of decays. BRIDGE is currently designed to work with the MadGraph/MadEvent programs for implementing and simulating new physics models. In particular, it can operate with the MadGraph implementation of the MSSM. In this manual we describe how to use BRIDGE, and present a number of sample results to demonstrate its accuracy.

研究の動機と目的

• MSSM のようなモデルにおける長大な崩壊チェーンがモンテカルロイベント生成のボトル neck を生じ、フル行列式計算が計算コストが高くなるという問題に対処すること。
• CompHEP/CalcHEP 形式への変換を必要としない、一般でモデルに依存しないツリー階層の崩壊幅を計算するためのツールを提供すること。
• ヘリシティと角度相関を保持したまま、Les Houches 形式のイベントファイルにおける不安定粒子の正確な崩壊を可能にし、平坦な位相空間近似を避けること。
• より小さな行列式（例：2→2）を用い、その後に逐次的崩壊を行うことで、物理的忠実性を保ちつつシミュレーションを著しく高速化すること。
• Les Houches 形式の有用性を拡張し、スピン情報（SPINUP を通じて）を崩壊チェーン全体にわたって保存することで、スピン分解能の向上を図ること。

提案手法

• BRIDGE は2つのコンponent から構成される：BRI（Branching Ratio Inquiry）は位相空間上の Vegas 積分を用いて崩壊幅を計算し、アモーチュード評価には HELAS ライブラリを用いる。
• DGE（Decay Generated Events）は BRI で事前に計算された位相空間グリッドを用い、正しいヘリシティ構造を持つ現実的な崩壊イベントを生成する。
• プログラムは MadGraph 形式のモデル定義を読み込み、ユーザー定義の頂点（1ループ寄与はプリプロセッサフラグを介して Fortran ルーチンにインターフェース化）をサポートする。
• Les Houches 協定フォーマットと統合されており、Pythia や Herwig のようなシャワーやハドロン化プログラムへのスムーズな受け渡しが可能である。
• コードはモジュラーかつ拡張可能であり、スピンの高い粒子や新しいアモーチュードタイプのための新しい HELAS ルーチンの追加が可能である。
• ツリー階層と1ループ階層の両方のアモーチュード計算をサポートしており、後者は既知の解析的結果と照合されている。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 一般用途のツールとして、CompHEP や同様の形式へのモデル変換を必要とせずに、任意の新物理モデルのツリー階層崩壊幅を正確に計算できるか？
• RQ2 フル行列式計算と比較して、逐次的崩壊がどの程度角度相関とヘリシティ情報を保持できるか？
• RQ3 BRIDGE は、ヒッグス粒子が2つのグルーオンに崩壊する既知の1ループ部分幅をどの程度正確に再現するか？
• RQ4 BRIDGE は、MSSM のようなモデルにおける長大な崩壊チェーンを、最小限の計算コストで効果的にシミュレートできるか？
• RQ5 将来のイベントジェネレータのためのスピンと崩壊チェーン情報の記録を改善するために、Les Houches 形式にどのような改善が必要か？

主な発見

• ヒッグス粒子が2つのグルーオンに崩壊する部分幅について、ヒッグス質量が 60 から 300 GeV の範囲で、BRIDGE は解析的1ループ結果と約2%の一致を達成している。
• プログラムは崩壊チェーン全体でヘリシティと角度相関を正確に保持しており、Pythia のような標準的なシャワーツールで用いられる平坦な位相空間近似を上回っている。
• BRIDGE は、大きな行列式をより小さな 2→2 または 2→4 のプロセスに分解し、その後に逐次的崩壊を行うことで、長大な崩壊チェーンの効率的シミュレーションを可能にしている。
• ツールは MadGraph と互換性があり、HELAS ライブラリと独立して使用可能であり、新しい粒子種や相互作用のための拡張性を備えている。
• 既知の標準模型および MSSM の崩壊との照合により、幅計算と崩壊イベント生成の両方の正確性が確認された。
• 著者らは、有限幅効果と Les Houches 形式におけるスピン情報の強化を、今後の開発における重要な分野と特定している。