[論文レビュー] CompHEP - a package for evaluation of Feynman diagrams and integration over multi-particle phase space. User's manual for version 33

A. Pukhov, E. Boos+8 more|arXiv (Cornell University)|Aug 6, 1999

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 9被引用数 219

ひとこと要約

CompHEP は、量子場の理論におけるフェルミオン図の自動評価および多粒子位相空間への統合を可能にする計算パッケージであり、散乱断面積や崩壊率の記号的・数値的計算を可能にします。ユーザー定義のモデルをサポートし、行列要素用に最適化された Fortran および C コードを生成し、VEGAS を介してモンテカルロ法と統合することで、標準模型およびその先の高精度な断面積計算が可能になります。

ABSTRACT

CompHEP is a package for automatic calculations of elementary particle decay and collision properties in the lowest order of perturbation theory (the tree approximation). The main idea prescribed into the CompHEP is to make available passing on from the Lagrangian to the final distributions effectively with a high level of automation.

研究の動機と目的

• フェルミオン則を用いた量子場の理論における散乱断面積および崩壊率の完全自動化された計算ツールの提供。
• 2次行列要素の効率的記号的計算および多粒子位相空間への数値的統合の実現。
• 標準模型の異なるゲージおよびメジャーナ中性子やレプトクォーカーを含む拡張を含む、カスタム素粒子模型の実装支援。
• 数値的評価およびイベント生成のための最適化された Fortran および C コードの生成による高精度の素粒子現象学的研究の促進。

提案手法

• 記号的エンジンは、組み込み電卓を用いてフェルミオン図から2次行列要素を計算し、ユーザー定義のラグランジアンおよび相互作用頂点をサポート。
• Reduce および Mathematica 形式での解析的表現を生成し、さらなる記号的変換を可能に。
• 2次行列要素用に最適化された Fortran および C コードをエクスポートし、数値統合ルーチンで使用。
• 数値計算では、ビームスペクトル、パートン分布関数、および放射効果（ISR/ビームストラールング）をサポートする VEGAS アルゴリズムを用いた適応的モンテカルロ統合を採用。
• 崩壊チェーン分解および極座標ベクトル形式を用いた位相空間パrameter化を行い、統合収束性を向上。
• 異なるゲージでの相互比較によるゲージ不変性のチェックおよびゴースト場キャンセレーションテストを用いた結果の自動自己検証ツールを備える。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 フェルミオン図の振幅を最小限のユーザー介入で体系的に計算し、2乗する方法は何か？
• RQ2 ラグランジアンから多粒子過程における数値的断面積への自動的移行を最も効果的に行う方法は何か？
• RQ3 最大5個の最終状態粒子を含む過程において、位相空間統合を効率的に行う方法は何か？
• RQ4 Fortran および C コード生成を両方サポートする統一された記号的・数値的フレームワークを構築できるか？
• RQ5 メジャーナ中性子やレプトクォーカーのようなモデル拡張を、単一の計算環境内で一貫して実装できるか？

主な発見

• CompHEP は、1→5 および 2→4 粒子最終状態の過程の計算をサポートし、図生成および振幅計算の完全自動化を実現。
• 行列要素用に最適化された Fortran および C コードの生成に成功し、VEGAS アルゴリズムを用いた高精度な数値統合が可能に。
• t’Hooft-Feynman ゲージおよびユニタリーゲージにおける標準模型を組み込みサポートし、ヤコビ係数結合およびフェルミオン質量生成の正しく実装。
• CTEQ、MRS などのビームスペクトル、ISR、ビームストラールングを扱うツールを備え、現実的な加速器断面積シミュレーションを可能に。
• 異なるゲージでの相互比較およびゴースト場キャンセレーションテストを用いた、ゲージ不変性および自己整合性の自動チェックを実装。
• Cabibbo-Kobayashi-Maskawa 行列およびメジャーナ中性子モデルの組み込みにより、同一フレームワーク内でフラーバー物理学およびニュートリノ質量の研究が可能に。