[論文レビュー] Computer Simulations of High Energy Physics

Philip J. Stephens|ArXiv.org|Aug 31, 2004

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 95被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、高エネルギー物理学の素描写のためのC++プログラム、Herwig++とEffectiveを提示する。Herwig++は、ローレンツ不変変数と、アイソスピン対称性および中間子・バリオン比をよりよく満たす新しいハドロン化モデルを用いて、部分素粒子シャワーの進化を改善する。Effectiveは、N=1超対称モデルにおける1ループ有効ポテンシャル、質量行列、および正規化群の進化を計算する。両ツールは、LEPの実験データおよび理論的一致性の観点から検証されている。

ABSTRACT

This thesis describes the development of two independent computer programs, Herwig++ and Effective. Both of these programs are used for phenomenological predictions of high energy physics. Herwig++ is used to simulate events as measured at particle colliders. This thesis presents a new set of variables for parton shower evolution. These new variables retain the angular ordering feature of the variables found in the original HERWIG software, while improving the Lorentz invariance of the shower and improving the coverage of the phase space. Also developed is a new model for hadronization. By changing the distribution of probabilities of cluster decays into hadron pairs this model is able to enforce desired results, such as isospin symmetry or meson-baryon ratios, more intuitively. These new developments are compared against existing LEP data. Effective is used to generate the mass spectrum of supersymmetric models. This program is able to provide the 1-loop effective potential and 1-loop mass matrices for an arbitrary N=1 supersymmetric model. This software also is able to solve the renormalization group equations at one-loop for the parameters of the model and, in turn, provide the scale dependent values of these parameters.

研究の動機と目的

• 部分素粒子シャワーの進化におけるローレンツ不変性と位相空間カバレッジを向上させた次世代イベントジェネレータ、Herwig++の開発。
• アイソスピン対称性および中間子・バリオン比を直感的に制御可能な新しいハドロン化モデルをHerwig++に実装すること。
• N=1超対称モデルにおける有効ポテンシャルおよび質量行列の1ループ補正を計算できるように、Effectiveプログラムを拡張すること。
• 超対称理論におけるスケール依存パラメータ値の生成を可能にする、1ループ正規化群方程式の解法フレームワークの提供。
• LEPの$e^+e^-$データに対するHerwig++の検証を通じて、実験的観測量との改善された一致を示すこと。

提案手法

• 部分素粒子シャワーの進化に新たな変数セットを導入し、角度順序を維持しながらローレンツ不変性と位相空間カバレッジを向上させる。
• 特に終状態-終状態、初期状態-初期状態、初期状態-終状態、および崩壊の色フロー構造に基づいて、部分素粒子シャワーの初期条件を定義する。
• 目的の物理的対称性および比を強制するために、クラスタ崩壊確率の再重み付けを実行する、新しいハドロン化モデルをHerwig++で開発する。
• Effectiveで使用するための、SU(3)構造定数および生成子を扱うテンソルクラスをGiNaCに実装し、群論的量の記号的計算を可能にする。
• 有効な場と結合を指定することで行列要素を計算するためのDiagramクラスをEffectiveに構築し、外部状態の自動置換を実装する。
• 有効ポテンシャルおよび質量行列への1ループ補正を統合し、モデルパラメータの1ループ正規化群方程式を解く。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 部分素粒子シャワーの進化を、角度順序を保持しつつ、ローレンツ不変性と位相空間カバレッジを向上させることは可能か？
• RQ2 Herwig++における新しいハドロン化モデルは、設定可能な崩壊確率分布を用いて、アイソスピン対称性および中間子・バリオン比をより効果的に強制できるか？
• RQ3 Effectiveプログラムは、一般的なN=1超対称モデルにおける有効ポテンシャルおよび質量行列の1ループ補正を、どの程度自動化して計算できるか？
• RQ4 新しいHerwig++実装は、特にジェット多重度やイベント形状といった観測量において、実験的$e^+e^-$イベントデータをどの程度正確に再現できるか？
• RQ5 Effectiveフレームワークは、超対称モデルにおける1ループ正規化群進化および正しい質量補正を含めるように拡張可能か？

主な発見

• Herwig++における新しい進化変数は、ローレンツ不変性と位相空間カバレッジを顕著に向上させ、部分素粒子シャワーのシミュレーションにおける物理的に不自然な歪みを低減した。
• Herwig++における新しいハドロン化モデルは、従来のモデルよりも制御性と一貫性に優れ、アイソスピン対称性および中間子・バリオン比を的確に再現した。
• Herwig++はLEPの$e^+e^-$データに対して、特にハドロン多重度、ジェット多重度、イベント形状分布において、実験観測量との改善された一致を示した。
• Effectiveプログラムは、任意のN=1超対称モデルに対して、有効ポテンシャルおよび質量行列の1ループ補正を正しく計算でき、完全な正規化群進化を含んでいた。
• GiNaCにおける記号的テンソルクラスの実装により、Effective内でのSU(3)構造定数および生成子の堅牢で拡張可能な計算が可能になった。
• EffectiveにおけるDiagramクラスにより、場と結合を指定するだけで、外部状態の自動置換を伴い、行列要素の自動評価が可能になった。