[論文レビュー] GRAPE-Dilepton (Version 1.1) A generator for dilepton production in ep collisions

K. Abe|arXiv (Cornell University)|Dec 4, 2000

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 10被引用数 66

ひとこと要約

GRAPE-Dilepton (v1.1) は、正確な木レベル電弱行列要素を用いた ep 衝突における二重レプトン生成のためのモンテカルロイベントジェネレータである。γγ、γZ⁰、Z⁰Z⁰、および内部変換過程を含み、Z⁰ のオンシェル・オフシェル生成を考慮し、e±e±最終状態における完全な干渉効果を有する。PYTHIA および SOPHIA とのインターフェースにより、完全なハドロン最終状態のシミュレーションが可能である。

ABSTRACT

Abstract GRAPE-Dilepton is a Monte Carlo event generator for dilepton production in ep collisions. The cross-section calculation is based on the exact matrix elements in the electroweak theory at tree level. The dilepton productions via γγ, γZ^0 , Z^0 Z^0collisions and via photon internal conversion are taken into account. In addition, the effects of the Z^0on/off-shell production are also included. The relevant Feynman amplitudes are generated by the automatic calculation system GRACE. The calcul... Title of program: GRAPE-Dilepton (v1.1) Catalogue Id: ADNR_v1_0 Nature of problem A precise estimation of the cross-section of the electroweak dilepton production in ep collisions is required in various physics analyses, where 8~48 Feynman diagrams can contribute. Versions of this program held in the CPC repository in Mendeley Data ADNR_v1_0; GRAPE-Dilepton (v1.1); 10.1016/S0010-4655(00)00246-0 This program has been imported from the CPC Program Library held at Queen's University Belfast (1969-2019)

研究の動機と目的

• 二重光子ベーテ＝ハイトリング近似を超えた ep 衝突における二重レプトン生成の高精度モンテカルロジェネレータの提供。
• γγ、γZ⁰、Z⁰Z⁰、および内部変換（CO）図を含む、すべての関連電弱過程の統合。
• LPAIR や EPVEC などの先行ジェネレータに欠落している e±e± 最終状態における干渉効果の考慮。
• エラスティック、クェアエラスティック、およびディープインアラスティック散乱（DIS）チャネルを通じて、陽子頂点の全運動量領域のカバー。
• 初期状態放射（ISR）および最終状態放射（FSR）の正確なシミュレーションを可能とし、完全なイベント生成のための PYTHIA および SOPHIA とのインターフェースを実装。

提案手法

• すべての関連電弱図式の正確な木レベルヘリシティ振幅を生成するため、GRACE 自動振幅計算システムを用いる。
• 陽子頂点の運動量領域を三つの領域に分割：エラスティック（Mhad = Mp）、クェアエラスティック（Q²p < Q²min または Mp + Mπ⁰ < Mhad < Mcut）、および DIS（Q²p > Q²min かつ Mhad > Mcut）。
• エラスティック過程ではドーナツ型形因子を適用し、クェアエラスティック過程では、実験的 γ*p 截面データに基づき、Brasse ら（Mhad < 2 GeV）および ALLM97（Mhad > 2 GeV）によるパラメータ化されたハドロンテンソルを用いる。
• DIS では、PDFLIB を用い Q²p を QCD スケールとしてパートン密度を計算し、陽子残渣およびハドロン化には PYTHIA を使用。
• ISR および FSR は、構造関数およびパートンシャワー法を用いて実装。
• 二重レプトン質量、最終状態レプトンの運動量、および検出器に類似した受容性を含む、ユーザー定義のカットを入力カードによりサポート。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 γZ⁰ および Z⁰Z⁰ 様式が、支配的となる二重光子過程と比較して ep 衝突における二重レプトン断面積に与える影響は？
• RQ2 低インvariant質量領域における内部変換（CO）図が、二重レプトン生成に与える影響は？
• RQ3 e±e± 最終状態における干渉効果が、全断面積および運動量分布に与える影響は？
• RQ4 高質量領域において、Z⁰ オンシェルおよびオフシェル生成がどの程度寄与しているか？
• RQ5 エラスティック、クェアエラスティック、DIS の全運動量領域を、一貫性のある行列要素およびハドロン最終状態を伴って正確にモデル化できるか？

主な発見

• 生成器は、γγ、γZ⁰、Z⁰Z⁰、および内部変換を含む、二重レプトン生成のすべての木レベル電弱図式を含み、e±e± 最終状態における完全な干渉効果を有する。
• Z⁰ オン/オフシェル生成は正確にモデル化されており、高質量領域で顕著な寄与を示す。
• エラスティック陽子頂点には、GpE(Q²p) = (1 + Q²p/0.71 GeV²)⁻² というドーナツ型形因子が使用され、低 Q²p 行動の正確な再現が保証される。
• クェアエラスティック過程では、実験的 γ*p 截面データに基づき、Brasse ら（Mhad < 2 GeV）および ALLM97（Mhad > 2 GeV）によるハドロンテンソルのパラメータ化が行われる。
• DIS 領域は PDFLIB および PYTHIA を用いてシミュレートされ、u ≳ 25 GeV² の範囲で有効であり、u は u チャネルクォークの仮想性である。
• イベント生成は 1 イベントあたり約 1 msec、断面積統合には約 1 時間を要し、高精度な研究が効率的に行える。