[論文レビュー] CalcHEP 3.2: MSSM, structure functions, event generation, batchs, and generation of matrix elements for other packages

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

Distributed and Parallel Computing Systems被引用数 46

ひとこと要約

本論文では、高エネルギー物理学におけるラグランジアンから物理的観測量への自動的移行を支援する高度な計算ツールキットであるCalcHEP 3.2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の構造関数統合、PYTHIAを用いたイベント生成、バッチ処理、外部パッケージ向けの行列要素コード生成が含まれ、モンテカルロシミュレーションおよび素粒子物理学的解析の大幅な簡素化を実現している。

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

• 高エネルギー物理学におけるラグランジアンから物理的観測量を自動で導出すること。
• CalcHEPの能力を、さまざまなSUGRAシナリオを含む最小超対称標準模型（MSSM）のサポートへ拡張すること。
• PDFLIBおよびMRST/CTEQセットによる最新の一部子分布関数（PDF）の統合により、断面積予測の精度向上を図ること。
• 大規模計算環境向けに、非対話的（バッチ）モードでの実行を可能にすること。
• 他のシミュレーションパッケージで使用可能な行列要素コードの生成を可能にし、相互運用性を高めること。

提案手法

• CalcHEPのラグランジアンベースのフレームワーク内にMSSMおよびSUGRAモデルを実装し、超対称モデルにおける自動アモルティチュード計算を可能にする。
• PDFLIBとの統合により、最新の部分子分布関数のグローバルフィットを取得・利用可能にする。
• CKM行列が対角であるモデル向けに構造関数形式を適応させ、クォーク-反クォーク散乱のモデリングを改善する。
• PYTHIAとのインターフェースを備えたイベント生成ルーチンを開発し、一部子シャワリングおよびハドロン化を実装する。
• インタラクティブな入力なしで自動的かつスクリプト駆動で実行可能なバッチ処理モードを導入する。
• 他のモンテカルロツールと互換性のあるフォーマットで行列要素コードを出力可能なコード生成モジュールを設計する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ラグランジアンからのアモルティチュード計算の自動化を、MSSMのような超対称モデルへどのように拡張できるか？
• RQ2 MRST/CTEQのような最新のPDFセットを行列要素計算に統合することで、どのような精度向上が得られるか？
• RQ3 1つの計算フレームワーク内で、イベント生成と一部子シャワリングを効果的に統合できる範囲はどの程度か？
• RQ4 大規模かつ高スループットなシミュレーションをサポートするため、バッチ処理をどのように実装できるか？
• RQ5 外部のシミュレーションパッケージで使用可能な行列要素のエクスポートは、実現可能で実用的か？

主な発見

• CalcHEP 3.2は、さまざまなSUGRAシナリオを含むMSSMを正常にサポートし、超対称モデルにおけるアモルティチュードの自動計算を可能にした。
• PDFLIBおよびMRST/CTEQの構造関数統合により、部分子レベルの断面積計算が正確かつ柔軟に実行可能となった。
• CKM行列が対角であるモデル向けに構造関数を実装したことで、クォーク-反クォーク相互作用のモデリングが向上した。
• PYTHIA統合によるイベント生成により、最終状態のハドロンおよび検出器レベルの観測量のリアルなシミュレーションが可能になった。
• バッチ処理モードにより、ユーザーの介入なしで自動的かつスケーラブルにシミュレーションを実行できるようになった。
• 行列要素コード生成機能により、他のモンテカルロツールとの相互運用性が向上し、ワークフローの柔軟性が向上した。