[論文レビュー] Simulation of Tau Decays in the Herwig++ Event Generator

D. Grellscheid, Peter Richardson|ArXiv.org|Oct 10, 2007

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用数 12

ひとこと要約

本稿では、因子化された行列要素とスピン相関のある崩壊運動量を用いて、Herwig++ イベントジェネレータにおけるタウレプトン崩壊の完全統合シミュレーションを提示する。これにより、調整可能なパラメータを備えたハドロン的カレントの正確なモデル化が可能となり、完全なスピン相関をサポートし、他の粒子に対しても再利用可能である。AMSBモデルにおけるチルーチャージャー崩壊の例示により、その有効性が示された。

ABSTRACT

We describe the simulation of tau decays in the Herwig++ event generator, which includes sophisticated modelling of the hadronic currents and full treatment of spin correlation effects. The structure of the simulation makes it easy to add new models of tau decay,change the parameters of the existing models, and use the models from tau decay for the decay of other particles. The results are compared in detail with an existing simulation, and the benefits of the new structure are illustrated by considering the decay of the lightest chargino to the lightest neutralino in Anomaly-Mediated SUSY-Breaking models.

研究の動機と目的

• LHC物理学におけるモンテカルロイベントジェネレータにおけるタウ崩壊シミュレーションの精度を向上させること。
• 従来のFORTRAN HERWIGにおける制限、特に外部のTAUOLAインターフェースの問題点や、横方向のスピン相関が欠落している点を是正すること。
• C++で実装されたモジュラーかつ拡張可能なフレームワークを設計し、タウ崩壊に適した、パラメータの簡単な調整とモデルの更新を可能にすること。
• チャージノ崩壊（例：AMSBモデル内）のような非タウ崩壊に対しても、ハドロン的カレントモデルを再利用可能にする仕組みを提供すること。
• 観測された分岐比と運動論的特性に合わせて調整されたモデルを用いることで、実験データとの整合性を保証すること。

提案手法

• タウ崩壊の行列要素を、レプトン的カレント $ L_\mu $ とハドロン的カレント $ J^\mu $ に因子化し、モジュラーな実装を可能にする。
• 位相空間統合と行列要素の組み合わせを処理するため、DecayIntegrator を継承した TauDecayer クラスを実装する。
• ThePEGフレームワークのインターフェースシステムを活用し、ハドロン的カレントのすべてのパラメータをコード変更なしに簡単に調整可能にする。
• s波、p波、d波を含む、幅が変化する（ランニング幅を伴う）ブライト＝ヴァイナー分布と、$ \rho $ メソンに適したGounaris-Sakurai形式を用いて、共鳴状態の正確なモデル化を実現する。
• すべての崩壊モードにおいて、スピンオブザーバブルと偏光ベクトルをHerwig++フレームワーク内に統合することで、スピン相関を完全に再現する。
• 弱い崩壊カレントを継承した特別なハドロン的カレントクラスを用いて、$ \tau \to \pi\pi\pi\nu $ などの複数の崩壊モードをサポートする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 イベントジェネレータにおけるタウ崩壊シミュレーションを、より正確かつ保守可能にするにはどうすればよいか？
• RQ2 特に横方向のスピン相関をモデル化するにあたり、何が改善される必要があるか？
• RQ3 オブジェクト指向のC++フレームワークとして、モジュラーかつ拡張可能であることは、タウ崩壊に加え、チャージノからニュートラリノへの弱い崩壊に対しても有効に機能するか？
• RQ4 固定幅と幅が変化する（ランニング幅を伴う）ブライト＝ヴァイナー形式、およびGounaris-Sakurai形式といった、異なるブライト＝ヴァイナー形式は、タウ崩壊における共鳴状態モデルにどのように影響を与えるか？
• RQ5 SUSYモデルにおける非タウ崩壊に、同じハドロン的カレントモデルをどの程度再利用できるか？

主な発見

• 新しいHerwig++実装は、すべてのタウ崩壊モードにおいて、縦方向および横方向のスピン相関を完全に含んでおり、従来のシミュレーションを上回る。
• 因子化された行列要素アプローチにより、レプトン的カレントとハドロン的カレントのシームレスな統合が可能となり、正確な位相空間生成が実現された。
• 幅が変化する（ランニング幅を伴う）ブライト＝ヴァイナー分布（s波、p波、d波およびGounaris-Sakurai形式を含む）を用いることで、特に $ \rho $ メソンの共鳴状態モデルが向上した。
• ThePEGのインターフェースシステムを介して、ハドロン的カレントのパラメータを簡単に調整可能であり、今後の新しい実験データへの対応も容易である。
• 同じハドロン的カレントモデルを、AMSBモデルにおける $ \chi^{\pm}_1 \to \chi^0_1 + \text{hadrons} $ 崩壊に成功して再利用した。これにより、再利用可能性が実証された。
• 包括的なテストにより、分岐比が0.5%以上のすべての主要なタウ崩壊モードにおいて、シミュレーションの正確性と信頼性が確認された。