[論文レビュー] Manual of BlackMax, a black-hole event generator with rotation, recoil, split branes, and brane tension

De-Chang Dai, Ç. İşsever+4 more|ArXiv.org|Feb 20, 2009

Black Holes and Theoretical Physics参考文献 11被引用数 15

ひとこと要約

BlackMax v2.00 は、低スケール量子重力を伴うbrane worldモデルにおける微小ブラックホール生成および崩壊をシミュレートするための包括的で柔軟なイベントジェネレータである。回転、反動、分離ブレーン、ブレーン張力、および重力子／光子放出を組み込み、プロトン-プロトン、プロトン-アンチプロトン、および電子-ポジトロン衝突における現実的な断面積とカスタマイズ可能なパラメータを備え、LHAPDFおよびPythia/HERWIGによるパートン密度関数とハドロン化処理と完全に互換性を持つ。

ABSTRACT

This is the users manual of the black-hole event generator BlackMax, which simulates the experimental signatures of microscopic and Planckian black-hole production and evolution at proton-proton, proton-antiproton and electron-positron colliders in the context of brane world models with low-scale quantum gravity. The generator is based on phenomenologically realistic models free of serious problems that plague low-scale gravity. It includes all of the black-hole gray-body factors known to date and incorporates the effects of black-hole rotation, splitting between the fermions, non-zero brane tension and black-hole recoil due to Hawking radiation (although not all simultaneously).

研究の動機と目的

• 大次元の余剰次元および低スケール量子重力を持つモデルにおけるブラックホール生成および崩壊をシミュレートする包括的でユーザー設定可能なイベントジェネレータを提供すること。
• ブラックホールの回転、ホーキング放射による反動、非ゼロのブレーン張力、および分離フェルミオンのシナリオといった高度な物理的効果を組み込むこと。
• プランクスケールの規約を柔軟に設定可能な形で、異なる加速器タイプ（pp、p̄p、e+e−）におけるブラックホールのシグネチャを正確にシミュレートすること。
• 標準的なHepツール（LHAPDFによるパートン密度関数、Pythia/HERWIGによるハドロン化）との互換性を保証すること。
• 既存のジェネレータ（Charybdisなど）における断面積定義の不一致を解消するため、一貫性があり物理的に妥当な断面積定式化を実装すること。

提案手法

• ブラックホール生成および崩壊の半古典的および量子力学的モデルを用い、ホーキング放射のすべての既知のグレイボディ因子を組み込む。
• 修正された断面積式 σ_bm = b_d²πr_s² を実装し、b_d はブラックホールの回転および余剰次元の影響を表す。これは Charybdis で用いられる標準的な σ_ch = πr_s² とは異なり、異なる。
• ユーザー定義可能なプランクスケール規約（PDG、Giddings-Thompson、Dimopoulos-Landsberg）をパラメータ '_of_M_pl' を用いてサポート。
• ホーキング放射前の「脱毛」段階中に重力子および光子の放出を含み、有効な場合、Yoshino-Rychkov の抑制因子を用いてエネルギー損失をモデル化。
• イベント出力は Les Houches Accord (LHA) 形式を採用し、Pythia や HERWIG によるパートンシャワイングおよびハドロン化への直接接続を可能にする。
• LHAPDF を統合し、動的PDFアクセスを可能にし、バリオン／レプトン数の保存をユーザーがオン／オフに切り替え可能。その際、ハドロン化との互換性に影響を与える可能性を明示。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 回転および有限な余剰次元幅を考慮した場合、BlackMax のブラックホール断面積は Charybdis と比べてどのように異なるか？
• RQ2 ブレーン張力およびブラックホール反動が、ブラックホール崩壊における最終状態粒子スペクトルに与える影響は何か？
• RQ3 ホーキング放射前の段階で重力子放出を含めることにより、エネルギー損失および最終ブラックホール質量にどのような影響が生じるか？
• RQ4 異なるプランクスケール規約が、予測される断面積および崩壊シグネチャに与える影響はどの程度か？
• RQ5 余剰次元幅をゼロに設定した場合、BlackMax は既知の断面積をどの程度正確に再現できるか？これは実装の妥当性を検証するものである。

主な発見

• BlackMax の断面積は、回転ブラックホールの b_d² 要因を反映しており、Charybdis よりも系統的に大きい。L_extra = 0 の場合、σ_bm/σ_ch ≈ b_d² となる。
• L_extra がゼロでない場合、有限幅効果により BlackMax の断面積は減少し、σ_bm/σ_ch < b_d² となる。比較において最大3％のずれが観測された。
• M_D = 1000 GeV および D = 6 の場合、BlackMax では σ_bm = 90.69 ± 0.84 pb、Charybdis では σ_ch = 75.20 ± 0.70 pb となり、σ_bm/σ_ch = 1.21 を示した。
• L_extra = 0 の場合、比 σ_bm/σ_ch は 1.32 に達し、D = 6 のときの期待される b_d² = 1.36 に非常に近い値となり、余剰次元幅がゼロの極限での一貫性が確認された。
• 分離フェルミオンシナリオでは、BlackMax は最終的バースト段階における崩壊生成物を決定する際、ブラックホール残渣の空間的位置を正しく考慮している。
• バリオン／レプトン数保存の設定が有効でない場合、Pythia/HERWIG との互換性に問題が生じる可能性を適切にフラグ付けしている。