[論文レビュー] KaTie: for parton-level event generation with k_T-dependent initial states

A. van Hameren|arXiv (Cornell University)|Nov 2, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 21

ひとこと要約

KaTie は、非可縮行列要素と位相空間重要度サンプリングを用いて、初期状態パートオンの横運動量に依存する（kTに依存する）モンテカルロイベント生成を可能にする、パートオンレベルのイベントジェネレータである。LHEF形式またはカスタム形式で重み付きイベントを出力でき、標準模型の任意の過程（最終状態粒子が4個まで）およびマルチパートオン散乱をサポートし、TMDlib や補間グリッドを介して TMDPDF と完全に互換性を持つ。

ABSTRACT

KaTie is a parton-level event generator for hadron scattering processes that can deal with partonic initial-state momenta with an explicit transverse momentum dependence causing them to be space-like. Provided with the necessary transverse momentum dependent parton density functions, it calculates the off-shell matrix elements and performs the phase space importance sampling to produce weighted events, for example in the Les Houches Event File format. It can deal with arbitrary processes within the Standard Model, for up to four final-state particles and beyond. Furthermore, it can produce events for single-parton scattering as well as for multi-parton scattering.

研究の動機と目的

• 非共線的で kT に依存する初期状態パートオンを含むパートオンレベルのイベント生成を実行する実用的で使いやすい環境を提供すること。
• 標準のイベントジェネレータが共線的因子化を仮定しているという制限を克服し、初期状態運動量が横運動量に依存する階層レベルの計算を可能にすること。
• 標準模型内での単一パートオン散乱およびマルチパートオン散乱プロセス（最終状態粒子が4個まで）をサポートすること。
• 行列要素用の avhlib や TMDPDF 用の TMDlib といった既存ツールと効率的に統合し、高精度な素粒子物理学的現象の研究を可能にすること。
• プロセス定義からヒストグラム生成に至る包括的なパイプラインを提供すること。これにはイベントファイル作成および観測量分布のためのツールが含まれる。

提案手法

• 非可縮行列要素と kT に依存する初期状態を持つイベントを、位相空間における重要度サンプリングを用いて効率的に重み付きで生成する。
• 超長方形グリッドからの TMD 補間または TMDlib を用いた TMDPDF の取り扱いを実施する。
• 明示的な非可縮初期状態パートオンを伴う階層レベルの行列要素を計算し、avhlib における自動実装によりゲージ不変性を保持する。
• Les Houches イベントファイル（LHEF）形式および、ユーザー定義の観測量用のヒストグラム作成に適したカスタム形式でのイベント生成をサポートする。
• 共線的 PDF 用の LHAPDF と統合し、後処理用にフォルトレインベースのイベントリーダーおよびヒストグラミングツールを提供する。
• カスタム形式での重複したイベントブロックと対応する重みを生成することで、マルチパートオン相互作用（MPI）の研究を可能にする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非可縮行列要素におけるゲージ不変性を保ちつつ、kT に依存する初期状態パートオンをサポートするパートオンレベルのイベントジェネレータを開発することは可能か？
• RQ2 最終状態粒子が4個までで、非共線的初期状態を持つ任意の階層レベルプロセスに対して、効率的な位相空間サンプリングを実現する方法は何か？
• RQ3 TMDPDF を実用的なイベント生成フレームワークに統合する際、補間グリッドか直接ライブラリアクセスのどちらがより効果的か？
• RQ4 任意の観測量のための LHEF 出力とカスタムヒストグラム生成を両立できる統合環境を構築することは可能か？
• RQ5 マルチパートオン散乱プロセスを一貫性を持ってモデル化し、素粒子物理学的解析に適した形式で出力することは可能か？

主な発見

• KaTie は、最終状態粒子が4個までで kT に依存する初期状態を持つ、標準模型の任意の階層レベルプロセスについて、重み付きイベントを正常に生成した。
• プログラムは単一パートオン散乱およびマルチパートオン散乱の両方をサポートしており、LHEF 形式またはヒストグラム作成用のカスタム形式でイベントファイルを出力できる。
• TMDPDF は超長方形グリッドの補間または TMDlib への直接統合により利用可能であり、現代の TMD 進化スキームと完全に互換性を持つ。
• プロセス、PDF、カット、モデルパラメータ、最適化設定を1つの入力ファイルで指定することで、イベント生成パイプラインが完全に自動化されている。
• イベントファイルから任意の観測量の1次元および2次元分布を生成できる、専用のフォルトレインベースのイベントリーダーおよびヒストグラミングツールが提供されている。
• avhlib における自動実装を活用することで、非可縮行列要素におけるゲージ不変性が保持され、物理的整合性が保証されている。