[論文レビュー] FPMC: a generator for forward physics

M. Boonekamp, A. Dechambre+5 more|arXiv (Cornell University)|Feb 12, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 24被引用数 31

ひとこと要約

FPMC は HERWIG 6.500 をベースに構築されたモンテカルロ生成器であり、陽子（反陽子）衝突における中央粒子生成を、1つまたは2つの完全な先導陽子を伴う状況でシミュレートする。色モノレット交換（例えば ポメロン、グルーオン、光子）を介した排他的および包含的ダイファラクティブ過程を実装しており、一貫したハドロン化および再重み付け手法を用いて LHC におけるヒッグス粒子、2ボソン、2ジェット、および双レプトン生成の予測を可能にする。

ABSTRACT

We present the Forward Physics Monte Carlo (FPMC) designed to simulated central particle production with one or two leading intact protons and some hard scale in the event. The underlying interaction between protons or anti-protons through singlet exchange can manifest itself in many forms. The following production mechanisms are implemented: single diffractive dissociation, double pomeron exchange, and exclusive production due to two-gluon or two-photon exchanges. With increasing beam center-of-mass-energies, the production of new final states become possible at the LHC. The aim of FPMC is to implement these processes in one common framework.

研究の動機と目的

• LHC における陽子衝突における先導陽子が完全な状態のままの中央粒子生成を統合的にシミュレートするフレームワークを提供すること。
• 単一ダイファラクティブ崩壊、二重ポメロン交換、二グルーオンまたは二光子交換による排他的生成を含む、色モノレット交換の複数のメカニズムを実装すること。
• 一貫したパートン密度関数およびハドロン化モデルを用いて、排他的および包含的ダイファラクティブ過程をサポートすること。
• KMR、CHIDe、効果的透過率補正といった理論モデルの比較を、排他的ヒッグス粒子および2ジェット生成において可能にすること。
• HERWIG 機能を拡張し、適切な運動量およびフラックスモデルを備えた前向き物理過程を含めること。

提案手法

• 標準的なパートン散乱ではなく、色モノレット交換をシミュレートするために再重みキング手法を用いて、HERWIG 6.500 フレームワークを拡張する。
• NFLUX パrameter を用いてポメロンおよびレグゲロンフラックスを実装し、QCD（例：KMR モデル）および QED（例：Cahn-Jackson、Drees、Papageorgiou）フラックスの選択肢を提供する。
• 標準的な陽子 PDF の代わりにダイファラクティブ構造関数を適用し、HERWIG のプロセス番号スキームにオフセット（例：IPROC ≥ 10000）を用いて、背景イベントの寄与を抑制する。
• ISOFTM を用いて再散乱補正を実装し、定数抑制（LHC 時に 0.03）、KMR 低質量ダイファラクティブモデル、効果的透過率モデルの選択肢を提供する。
• ハード散乱過程（例：$q\bar{q} \to Z/\gamma \to l\bar{l}$、$W^\pm$ 生成）には同じ HERWIG マトリックス要素を用い、ダイファラクティブ運動量構成に再重みキングを適用する。
• TYPEPR（排他的／包含的）および TYPINC（QCD／QED）パラメータを用いて、プロセス固有の制御を可能にし、交換メカニズムおよびイベントトポロジーを選択できる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 どのようにして、陽子-陽子衝突における排他的および包含的ダイファラクティブ過程を、完全な先導陽子を伴う状況で統合的にシミュレートできるモンテカルロフレームワークを開発できるか？
• RQ2 LHC における排他的ヒッグス粒子および2ボソン生成において、QCD メカニズム（例：二グルーオン交換）と QED メカニズム（例：二光子交換）の相対的寄与は何か？
• RQ3 再散乱補正（例：効果的透過率モデルや KMR モデル）は、ダイファラクティブに生成された粒子の運動量分布にどのように影響を与えるか？
• RQ4 既存の HERWIG プロセスを、完全な陽子を伴うダイファラクティブイベントをシミュレートするためにどの程度適応可能にできるか？また、一貫したハドロン化を保つことができるか？
• RQ5 FPMC は、KMR と CHIDe のような複数の理論モデルを、排他的ヒッグス粒子および2ジェット生成において一貫的かつ比較可能なプラットフォームとして提供できるか？

主な発見

• FPMC は、排他的および包含的ダイファラクティブプロセス（$Z/\gamma$、$W^\pm$、2ジェット、2光子生成を含む）のための 11300–11700 および 12200 のプロセスコードを正常に実装した。
• 生成器は、複数のポメロンフラックスモデル（NFLUX = 9–16）をサポートしており、H1 フィット（IFIT = 101, 100）および Cahn-Jackson、Drees、Papageorgiou による QED フラックスを含む。
• 再散落補正は ISOFTM を用いて実装されており、LHC 時の抑制係数が約 0.03 であり、実験測定と整合的である。
• KMR 低質量ダイファラクティブモデルと効果的透過率モデルは両方とも利用可能であり、同じフレームワーク内で直接比較可能である。
• 排他的ヒッグス粒子および2ジェット生成は、KMR モデルおよび CHIDe モデルを用いてシミュレート可能であり、将来の LHC 分析におけるモデル比較を可能にする。
• フレームワークは、異常なゲージボソン自己結合や標準模型を超える新しい物理を調べる上で極めて重要な二光子排他的プロセスの一貫したシミュレーションを可能にする。