[論文レビュー] New features in version 2 of the fastNLO project.

D. Britzger, K. Rabbertz+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 12被引用数 109

ひとこと要約

本論文は、高速なNLOプロジェクトのバージョン2を提示する。この手法は、高次QCD断面積計算をハドロン衝突で高速化するため、多次元補間を用いて事前計算された畳み込み積分を活用する。この方法により、さまざまなパートン分布関数、スケール選択、およびαs値に対して、観測量の再評価を迅速に行うことができ、LHC、テバトロン、HERAの解析において著しく効率が向上する。

ABSTRACT

Standard methods for higher-order calculations of QCD cross sections in hadron-induced collisions are time-consuming. The fastNLO project uses multi-dimensional interpolation techniques to convert the convolutions of perturbative coefficients with parton distribution functions and the strong coupling into simple products. By integrating the perturbative coefficients for a given observable with interpolation kernels, fastNLO can store the results of the time-consuming folding integrals in tables, which subsequently are used for very fast rederivations of the same observable for arbitrary parton distribution functions, different scale choices, or $\alpha_s(M_Z)$. Various tables with code for their evaluation are available for numerous jet measurements at the LHC, the TeVatron, and HERA. FastNLO is used in publications of experimental results by the ATLAS, CMS, CDF, D\O, and H1 collaborations, and in all recent global PDF analyses by MSTW, CTEQ, and NNPDF. This article focuses on developments implemented in the new version~2 of fastNLO, enhancing and broadening its functionality.

研究の動機と目的

• ハドロン衝突における標準的な高次QCD計算の計算非効率性を解消する。
• 微小係数とパートン分布関数およびαsの畳み込みに要する時間を短縮する。
• 異なるPDF、スケール選択、αs値に対して、断面積の迅速かつ繰り返しの評価を可能にする。
• 主なハドロン衝突加速器における広範な実験的およびグローバルPDF解析を支援する。
• 高精度QCDの素描的解析に適したfastNLOフレームワークの使いやすさとスケーラビリティを向上させる。

提案手法

• 複雑な畳み込み積分を単純な積に変換するために多次元補間を用いる。
• 時間のかかる畳み込み積分の結果を事前に計算し、照会テーブルに格納する。
• 微小係数と補間カーネルを統合して、テーブル化された結果を生成する。
• 異なる物理的パラメータ下での観測量の迅速な再評価にテーブルを活用する。
• ATLAS、CMS、CDF、DØ、H1の実験データおよびグローバルPDFフィットに互換性を確保する。
• LHC、テバトロン、HERAを含む多様な観測量と衝突環境をサポートする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高次QCD断面積計算の計算コストを、正確性を損なわずにどのように低減できるか？
• RQ2 多次元補間を用いることで、パートン分布関数およびαsを含む畳み込みの評価がどの程度高速化できるか？
• RQ3 事前に計算されたテーブルが、異なるPDFセット、スケール選択、αs(MZ)値に対してどの程度再利用可能か？
• RQ4 fastNLOバージョン2は、前回のバージョンと比較して、機能性およびパフォーマンス面でどのような改善をもたらすか？
• RQ5 fastNLO v2は、高エネルギー物理学におけるグローバルPDF解析および実験結果をどのように支援・強化するか？

主な発見

• fastNLOバージョン2は、畳み込み積分を事前計算することで、高次QCD断面積計算に要する計算時間を著しく短縮する。
• 多次元補間の活用により、任意のパートン分布関数に対して観測量の迅速な再評価が可能になる。
• スケール選択やαs(MZ)値の異なる条件に対しても、迅速な再評価が可能となり、素描的研究における柔軟性が向上する。
• 本手法は、ATLAS、CMS、CDF、DØ、H1の共同研究グループによって、実験的解析に成功裏に統合された。
• fastNLO v2は、MSTW、CTEQ、NNPDFによる最新のグローバルPDF解析すべてで使用されており、広範な採用と信頼性を示している。
• 本手法は、LHC、テバトロン、HERAにおけるジェット測定において、正確性を維持しながら計算効率を著しく向上させる。