[論文レビュー] CalcHEP 2.3: MSSM, structure functions, event generation, batchs, and generation of matrix elements for other packages

A. Pukhov|arXiv (Cornell University)|Dec 14, 2004

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 6被引用数 245

ひとこと要約

本論文では、フェルミオン図の計算、行列要素の生成、イベントシミュレーションを自動化する高エネルギー物理学のための高度な計算ツールキットであるCalcHEP 2.3を提示する。主な向上点として、MSSMおよびSUGRAモデルのサポート、PDFLIBおよびMRST/CTEQ構造関数との統合、バッチ処理、PYTHIAを用いたイベント生成、外部パッケージとの相互運用性を実現するC言語コードのエクスポートを含む。

ABSTRACT

CalcHEP is a package for computation of Feynman diagrams and integration over multi-particle phase space. The main idea prescribed into CalcHEP is to make available passing on from Lagrangians to the final distributions effectively with a high level of automation. This article presents new options of CalcHEP available in version 2.3. They are a) MSSM model with different SUGRA scenarios, b) interface with PDFLIB and implementation of new MRST/CTEQ structure functions, c) realization of approach to structure functions for models with diagonal CKM, d) generation of events and interface with PYTHIA, e) calculations in non-interactive (batch) regime, f)generation of code of different matrix elements for other programs, g) many new interface facilities.

研究の動機と目的

• 最小超対称標準模型（MSSM）とさまざまなSUGRAシナリオのサポートをCalcHEPの機能に拡張すること。
• CERNのPDFLIBと最新のMRST/CTEQセットからの一部布分配布関数（PDF）とのシームレスな統合を可能にすること。
• 自動化および高スループット計算を可能にする非インタラクティブ（バッチ）モード実行をサポートすること。
• 他のシミュレーションフレームワークで使用可能な最適化されたCコードとして行列要素を生成・エクスポートすること。
• 複数パターン検索、動的フィールドサイズ変更、ファイルベースのフィールドI/Oといったインターフェース機能の向上により、使いやすさを向上させること。

提案手法

• SuSpect v2.3を内蔵したRGEソルバを備えたMSSMおよびSUGRAシナリオ用の新しいモデルインターフェースを実装すること。
• 外部PDFライブラリ（PDFLIB、CTEQ、MRST）を統合し、行列要素と一部布分配布関数、ビームスペクトルを畳み込むこと。
• CKM行列が対角であるモデルにおける構造関数のサポート、およびISR/ビームストラールング効果の対応を追加すること。
• VEGASを用いたモンテカルロ位相空間統合により、PYTHIAとのインターフェースを介したイベント生成を可能にすること。
• 非インタラクティブスクリプトによるバッチ処理を導入し、記号的および数値的ワークフローの完全な自動化を可能にすること。
• 静的リンク用のproclib_*.aライブラリおよび動的リンク用のmkLibstatおよびmkLibldlコマンドを用いて、標準化された命名規則（例：_ext）を備えた最適化されたCコードとして行列要素を生成・再利用可能にする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高レベルの計算ツールは、粒子物理学におけるラグランジアンモデルから物理的観測量への移行をどのように自動化できるか？
• RQ2 記号的および数値的計算フレームワーク内でのMSSMおよびSUGRAモデルのサポートに何が必要か？
• RQ3 一部布分配布関数および構造関数を行列要素計算にどのように効率的に統合できるか？
• RQ4 高エネルギー物理学環境において、複雑な計算を自動的かつ非インタラクティブに実行するためのメカニズムは何か？
• RQ5 外部シミュレーションパッケージ（例：PYTHIA）との互換性を保証する形で、行列要素をどのように生成・エクスポートできるか？

主な発見

• CalcHEP 2.3は、SuSpect v2.3を内蔵したRGE進化を備えたMSSMおよび複数のSUGRAシナリオを正常にサポートしている。
• PDFLIBおよびMRST/CTEQ構造関数の統合により、行列要素と一部布分配布関数、ビームスペクトルの正確な畳み込みが可能になった。
• バッチ処理機能により、記号的生成、コンパイル、数値実行を含む計算の完全な自動化が可能になった。
• 行列要素は、標準化された命名規則を備えた最適化されたCコードとして生成可能であり、dlopenによる動的ロードおよびproclib_*.aライブラリによる静的リンクが可能になった。
• モデルテーブルにおける複数パターン検索、動的フィールドサイズ変更、複雑な頂点相互作用を扱うためのファイルベースのフィールド転送を含む、高度なインターフェース機能がサポートされた。
• 自動コード生成およびリンクにより、実行時における新しい行列要素のロードが可能となり、中性子の残存密度計算に応用されたmicrOMEGAsプロジェクトでその有効性が実証された。