[論文レビュー] Sarah

Florian Staub|arXiv (Cornell University)|Jun 3, 2008

Dark Matter and Cosmic Phenomena被引用数 4

ひとこと要約

SARAH は超対称素粒子物理学における自動モデル構築を目的とした Mathematica ベースのツールであり、ユーザーがラグランジアン、高エネルギー物理学ソフトウェア向けのモデルファイル、重正化群方程式（RGEs）、ループ補正を定義・計算・エクスポートできる。主な貢献は、MSSM や NMSSM、シー・サウ・モデルなどの拡張を含む複雑な超対称モデルの構築を、代数的計算の自動化と SPheno や FeynArts、CalcHep、UFO 形式向けの出力生成によって簡素化することにある。

ABSTRACT

SARAH is a Mathematica package for building and analyzing supersymmetric models. SARAH just needs the gauge structure, particle content and superpotential to produce all information about the gauge eigenstates of a model. Breaking of gauge symmetries and mixings of particles can easily be in a second step and entire Lagrangian is derived automatically. Also the gauge fixing terms are derived by SARAH in R_Xi gauge, and the corresponding ghost interactions are calculated. Using this information, SARAH can calculate the all mass matrices, tadpole equations and vertices at tree-level for the given model. In addition, the expressions for the 1- and 2-loop renormalization group equations of all parameters can be calculated and an automatic calculation for the 1-loop corrections to self energies and the tadpoles are possible. SARAH can write all information about the model to LaTeX files, or create a model files for FeynArts/FormCalc, WHIZARD/OMEGA and CalcHep/CompHep, which can also be used for dark matter studies using MicrOmegas, and in the UFO format which is supported by MadGraph 5. Beginning with version 3, SARAH is also the first available spectrum-generator-generator: based on the derived, analytical expression it creates source code for SPheno to calculate the mass spectrum as well the SUSY decays with high precision. In that way, it is possible to implement new models in SPheno without the need to write any Fortran code by hand. Already many models beyond the MSSM are included in the public version of SARAH and the implementation of new models is easy and straightforward.

研究の動機と目的

• 最小超対称標準模型（MSSM）を超える超対称モデルの構築と解析を包括的かつ自動化するツールを提供すること。
• 頂点、自己エネルギー、重正化群方程式（RGEs）などの複雑な場の理論的量を計算するために必要な手作業の負担を軽減すること。
• SPheno や MadGraph、FeynArts、CalcHep、WHIZARD などの主要なシミュレーションおよび計算ツールとのシームレスな統合を可能にすること。
• フレーバー非対称性、CP非対称性、R-数不変性破れ、シー・サウ型モデルを含む広範なモデル拡張をサポートすること。
• 自動出力生成により、複数の U(1) 対称性、ディラック型ゲージボソン、高エネルギースケール物理学を有するモデルの研究を容易にすること。

提案手法

• ユーザーは、粒子内容、超ポテンシャル、ゲージ群、相互作用を指定する構造化されたモデルファイルを通じてモデルを定義する。
• SARAH は代数的場の理論的手法を用いて、質量行列、タポール方程式、真空期待値（VEVs）を自動的に計算する。
• スーパーフィールド形式を用いてラグランジアンからすべての頂点を導出し、ヘルミートおよび非ヘルミート混合行列を実装する。
• フェルミオン、スカラー、ゲージボソンの自己エネルギーに対する1ループ補正を計算する。
• SPheno、UFO、FeynArts/FormCalc、CalcHep/CompHep、WHIZARD、および LaTeX 出力形式の複数のフォーマットでモデルファイルを生成する。
• 重い粒子の統合、ディラックスピンォーの定義、ゲージ固定項およびゴースト相互作用の取り扱いを含む高度な機能をサポートする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 複雑な超対称モデルの構築を自動化することで、人的ミスや作業負荷をどのように低減できるか？
• RQ2 SPheno や MadGraph、FeynArts などの多様な高エネルギー物理学ツール向けに、一貫性のあるモデルファイルを効果的に生成する最良の方法は何か？
• RQ3 任意の超対称モデルに対して、重正化群方程式とループ補正を体系的に計算・出力する方法は何か？
• RQ4 フレーバー混合、CP非対称性、拡張されたゲージ対称性を有するモデルを、一貫性があり拡張可能なフレームワークで定義するための最小限の要件は何か？
• RQ5 MSSM や NMSSM、シー・サウ・モデルなどの異なるモデルタイプにおいて、自動モデル生成のパフォーマンスはどのようにスケーリングするか？

主な発見

• SARAH は、MSSM、NMSSM、B-L-SSM を含むモデルに対して、ラグランジアン、質量行列、タポール方程式の完全な導出を成功裏に自動化した。
• SPheno への出力は正確かつ一貫しており、RGE、分岐比、ループ補正、質量スペクトルを含むが、評価時間は Mathematica 5.2 において MSSM で約 10 秒、複雑なシー・サウ・モデルでは 4,000 秒を超える場合もあった。
• フェルミオン、スカラー、ゲージボソンの自己エネルギーに対する1ループ補正が自動的に計算され、既知の文献結果と整合性を確認した。
• UFO 出力フォーマットが正しく生成され、MadGraph やその他のモンテカルロ生成器での直接利用が可能である。
• ディラック型ゲージボソン、複数の U(1) 対称性、R-数不変性破れといった複雑なモデル特徴に対しても対応し、MRSSM や muνSSM などのモデルに特化したサポートを提供した。
• 検証チェックにより、RGE、自己エネルギー、頂点構造に関して、参考文献 [65–69] に記載された既知の結果と整合性が確認された。