[論文レビュー] HELAC-Onia 2.0: an upgraded matrix-element and event generator for heavy quarkonium physics

Hua-Sheng Shao|arXiv (Cornell University)|Jul 13, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 60被引用数 10

ひとこと要約

HELAC-Onia 2.0 は、非相対論的QCD（NRQCD）計算の高度な自動化を実装し、Pythia 8 および QEDPS と統合してパートンシャワーモデル化を可能にし、スピン相関のある崩壊をサポートし、スケールおよびPDF再重み付けによる即時の不確実性推定を可能にし、1次元および2次元の解析プロットを生成する、重いクォーカーパラモノウム物理学のためのアップグレード版行列要素およびイベントジェネレータである。このツールは、クラスタ互換の並列処理とユーザーフレンドリーなPythonスクリプトにより、素性の高いシミュレーションを実現する。

ABSTRACT

We present an upgraded version (denoted as version 2.0) of the program HELAC-Onia for the automated computation of heavy-quarkonium helicity amplitudes within non-relativistic QCD framework. The new code has been designed to include many new and useful features for practical phenomenological simulations. It is designed for job submissions under cluster enviroment for parallel computations via Python scripts. We have interfaced HELAC-Onia to the parton shower Monte Carlo programs Pythia 8 and QEDPS to take into account the parton-shower effects. Moreover, the decay module guarantees that the program can perform the spin-entangled (cascade-)decay of heavy quarkonium after its generation. We have also implemented a reweighting method to automatically estimate the uncertainties from renormalization and/or factorization scales as well as parton-distribution functions to weighted or unweighted events. A futher update is the possiblity to generate one-dimensional or two-dimensional plots encoded in the analysis files on the fly. Some dedicated examples are given at the end of the writeup.

研究の動機と目的

• NRQCDフレームワークにおける重いクォーカーパラモノウム生成のための使いやすく柔軟性のあるモンテカルロツールの不足に対処すること。
• Pythonベースのジョブ送信により、クラスタおよびマルチコア並列処理を可能にすることで、計算効率とスケーラビリティを向上させること。
• Pythia 8 および QEDPS とのインターフェースを通じたパートンシャワー効果の統合により、現象論的リアリズムを向上させること。
• クォーカーパラモノウムのスピンエンタングルド崩壊、特にP波状態を含めた正確なモデル化を保証すること。
• 再重み付けによる反制約/因子化スケールおよびPDFセットの変動からの理論的不確実性を、イベントごとに即時推定可能にすること。
• イベント生成ワークフロー内でのリアルタイムな1次元および2次元解析プロットの生成を可能にすること。

提案手法

• 高多重度の重いクォーカーパラモノウム生成過程におけるNRQCDにおけるヘリシティ振幅を計算するために、非オンシェル再帰関係を採用する。
• ハード行列要素生成後に、Pythia 8 および QEDPS と統合してパートンシャワー効果をシミュレートする。
• クォーカーパラモノウム（P波状態を含む）のカスケード崩壊におけるスピン相関を保持する専用の崩壊モジュールを実装する。
• 重み付きおよび重みなしイベントの両方に対して、反制約/因子化スケールおよびPDFセットの変動からの理論的不確実性を推定する再重み付け手法を用いる。
• Pythonスクリプトによる自動クラスタジョブ送信をサポートし、スケーラブルで高スルーレートのシミュレーションを可能にする。
• イベント生成中に分析ファイル内に1次元および2次元ヒストグラムを直接生成し、後処理の必要性を低減する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高多重度の複雑なプロセスにおける重いクォーカーパラモノウム生成のための行列要素計算を、どのようにしてよりスケーラブルかつ使いやすくすることができるか？
• RQ2 NRQCDベースの行列要素と組み合わせた場合、どの程度までパートンシャワー効果を信頼性高くモデル化できるか？
• RQ3 クォーカーパラモノウムのスピン相関崩壊、特にP波状態を含めた場合、イベント生成においてどのように正確にシミュレートできるか？
• RQ4 再重み付け技術を用いて、スケールおよびPDFの変動からの理論的不確実性を、1イベントごとに効率的に推定できるか？
• RQ5 後処理を伴わずに、イベント生成中に直接解析プロット（1次元／2次元）を生成することは、実現可能で利点があるか？

主な発見

• HELAC-Onia 2.0 は、再帰関係を用いてP波クォーカーパラモノウム状態を含むプロセスのヘリシティ振幅を正確に計算し、NRQCDに基づく行列要素生成を可能にした。
• Pythia 8 および QEDPS との統合により、パートンシャワー効果のリアルなシミュレーションが可能となり、加速器イベントシミュレーションの忠実性が向上した。
• 崩壊モジュールはスピンエンタングルド崩壊を正しくモデル化し、最終状態クォーカーパラモノウムにおける適切な角度相関を保証した。
• 再重み付け手法により、反制約/因子化スケールおよびPDFセットからの理論的不確実性が、イベントごとに即時推定可能となり、結果が入手可能となった。
• 分析ファイル内に1次元および2次元ヒストグラムを直接、イベント生成中に即時生成可能となり、外部の後処理ツールへの依存が低減された。
• アドオンシステムにより、クォーカーパラモノウムおよび二光子／ジジェット生成における二重パートン散乱（DPS）のような特殊なプロセスが可能となり、有効断面積 $\sigma_{\rm eff}$ のような設定可能なパラメータを備えた。