[論文レビュー] Comparison of Black Hole Generators for the LHC

D. M. Gingrich|ArXiv.org|Oct 17, 2006

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 20被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、余剰次元を伴うモデルにおけるLHCにおけるブラックホール生成および崩壊をシミュレートするための2つのモンテカルロイベントジェネレータ、CHARYBDISとCATFISHを比較する。ブラックホール断面積、非弾性生成、グラビトン放出、崩壊ダイナミクスの取り扱いを評価し、CATFISHが非弾性モデルやグラビトン放出の面でより包括的な機能を有しているため、CHARYBDISが広く採用されているものの、現代のLHC研究にはより適していると結論づける。

ABSTRACT

We compare Monte Carlo event generators dedicated to simulating the production and decay of extra-dimensional black holes at the Large Hadron Collider.

研究の動機と目的

• LHCにおけるブラックホール生成および崩壊をシミュレートする2つの主要なモンテカルロイベントジェネレータ、CHARYBDISとCATFISHの能力を評価・比較すること。
• 高次元モデルにおけるブラックホール生成断面積、非弾性効果、崩壊ダイナミクスの取り扱いにおける両者の主な差異を特定すること。
• これらの差異が、特に欠落エネルギーおよび最終状態粒子スペクトルを含むシミュレートされた観測量に与える影響を評価すること。
• 物理的完全性と技術的特徴に基づいて、将来のLHCブラックホール研究におけるジェネレータ選定の指針を提供すること。
• CATFISHが有するより高度な特徴を踏まえ、CHARYBDISに非弾性モデルおよびグラビトン放出を実装する改善を提案すること。

提案手法

• CHARYBDIS v1.003（2006年8月24日）およびCATFISH v1.1（2006年10月19日）の分析に基づく。CHARYBDISについてはドキュメントおよびソースコード、CATFISHについてはドキュメントのみを用いる。
• 両ジェネレータとも、高次元におけるシュバルツシルト半径およびプランクスケールに依存する、パートンレベル断面積のブラックディスク近似を用いる。
• 両ジェネレータは、PYTHIA や HERWIG を用いたパートンシャワイングおよびハドロン化を可能にする標準インターフェースとして、Les Houches Accord を使用する。
• CATFISHは、捕獲表面アプローチに基づく2つの非弾性重力モデル（Yoshino-NambuおよびYoshino-Rychkov）を備えているのに対し、CHARYBDISは弾性ブラックホール形成を仮定している。
• 崩壊モデリングは、ホーキング蒸発段階に焦点を当てており、両ジェネレータとも粒子を質量ゼロとして扱い、自由度に応じた崩壊確率を割り当てる。
• CATFISHはN体位相空間崩壊（N = 2～18）を可能にし、正確な場の放出率を用いたグラビトン放出も含むが、CHARYBDISはグラビトンを無視し、Nを2～5に制限している。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CHARYBDISとCATFISHは、ブラックホール生成断面積およびプランクスケール定義の取り扱いにおいて、どのように異なるか？
• RQ2 CATFISHにおける非弾性ブラックホール形成モデルは、CHARYBDISの弾性仮定と比較して、どのような意味を持つのか？
• RQ3 グラビトン放出および異なる崩壊モデルの導入が、シミュレートされたイベントにおける欠落エネルギーのシグネチャに与える影響は何か？
• RQ4 N体崩壊パrameterおよび残留物形成の差異が、最終状態分布に及ぼす影響の程度はどの程度か？
• RQ5 LHCの素粒子物理学的現象論において、ブラックホール生成および崩壊のより包括的かつ物理的に整合性のあるシミュレーションを提供するのはどちらのジェネレータか？

主な発見

• CATFISHはCHARYBDIS（6～11次元）よりも広い時空次元範囲（7～11次元）をサポートし、捕獲表面アプローチに基づく2つの非弾性重力モデルを備えている。
• CATFISHは非弾性衝突におけるエネルギー損失を、ビーム残渣に欠落エネルギーとして割り当てることができ、バルクへのグラビトン放出も可能で、欠落エネルギーのシグネチャを強化する。
• CHARYBDISはグラビトンを含まず、CATFISHは正確な場の放出率を用いてグラビトンを含むが、高次元においてその重要性が高まる。
• CATFISHは可変N体崩壊（N = 2～18）を可能にし、電荷オプションを備えたブラックホール残留物モデルもサポートするのに対し、CHARYBDISはNを2～5に制限し、プランクスケール未満で沸騰残留物モデルを提供する。
• プランクスケールの定義は異なる：CHARYBDISは3つの定義（Dimopoulos-Landsberg定義も含む）を提供するが、CATFISHは1つだけを用い、CHARYBDISのデフォルト（MSSDEF=2）と一致する。
• 著者らは、非弾性生成のためのCATFISHの「最適カット」モデルの使用を推奨し、最近の理論的進展に合わせてCHARYBDISに同様の機能を実装するべきだと提言している。