[論文レビュー] TAUOLA of tau lepton decays-- framework for hadronic currens, matrix elements and anomalous decays

M. Chrząszcz, T. Przedziński+2 more|arXiv (Cornell University)|Sep 15, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 12被引用数 9

ひとこと要約

本論文は、τレプトンの崩壊におけるT AUOLAモンテカルロイベントジェネレータの更新版を提示する。このフレームワークは、C++インターフェースを通じて実行時におけるユーザー定義のハドロン的カレントおよび行列要素の初期化を可能にし、標準的および異常な崩壊（特にレプトンフレーバー違反モード）をサポートする。後方互換性を維持するとともに、実験的フィッティングおよびBSM物理学の研究における拡張性を向上させている。

ABSTRACT

We present an update of the Monte Carlo event generator TAUOLA for tau lepton decays, with substantially increased list of decay channels and new initialization options. The core of the program remains written in FORTRAN but necessary arrangements have been made to allow handling of the user-provided hadronic currents and matrix elements at the execution time. Such solution may simplify preparation of new hadronic currents and may be useful for fitting to the experimental data as well. We have implemented as default for TAUOLA a set of hadronic currents, which is compatible with the default initialization used by BaBar collaboration. Options for currents available in previous releases are still stored in the code, sometimes left defunct or activated by internal flags only. The new version of the program, includes also implementation of Lepton Flavour Violating tau decays. Finally, we present, as an example, a set of C++ methods for handling user-provided currents, matrix elements or complete new decay channels initialization which can be performed at the program execution time.

研究の動機と目的

• τレプトン崩壊シミュレーションにおける、ユーザー提供のハドロン的カレントおよび行列要素の柔軟で実行時初期化を可能にすること。
• 新しい物理探査のためのキーフeaturesとして、レプトンフレーバー違反（LFV）τ崩壊の組み込みを支援すること。
• BaBar共同研究のデフォルト初期化との後方互換性を確保するとともに、モジュラリティを向上させること。
• FORTRAN（例：KKMC）およびC++（例：Tauola Universal Interface、TauSpinner）環境への統合を容易にすること。
• 再利用可能で拡張可能なソフトウェアアーキテクチャを提供し、再コンパイルを減らし、実験共同研究の開発を加速すること。

提案手法

• C++構造体としてアクセス可能なFORTRANのコモンブロックを活用し、ユーザー定義ハドロン的カレントの実行時関数ポインタを実現すること。
• 実行時における崩壊チャネル定義および行列要素の動的ロードを可能にするモジュラーソフトウェアアーキテクチャを設計すること。
• 一貫性と再現性を確保するため、BaBar共同研究の初期化と互換性のあるデフォルトのハドロン的カレントセットを実装すること。
• 新しい行列要素のプラグイン型初期化により、異常な崩壊モード（レプトンフレーバー違反プロセスを含む）のサポートを導入すること。
• 実行時における新しい崩壊チャネル、行列要素、カレントの初期化のためのC++インターフェースプロトタイプを実装すること。
• 内部フラグまたは非使用コードパスを通じて、レガシーモードの初期化オプションを保持することで、後方互換性を確保すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 τ崩壊のモンテカルロイベントジェネレータを、再コンパイルなしにユーザー定義のハドロン的カレントをサポートできる拡張性のあるものにできるか？
• RQ2 FORTRANベースのフレームワークにおいて、実行時における新しい崩壊チャネルおよび行列要素の初期化を可能にするソフトウェアアーキテクチャは何か？
• RQ3 レプトンフレーバー違反τ崩壊を、シミュレーションフレームワーク内で体系的かつ効果的に実装・テストする方法は何か？
• RQ4 モジュラー設計が保守性、デバッグ、および既存の実験ツールとの統合に与える影響は何か？
• RQ5 このフレームワークは、レガシーフォルトラン環境と、Tauola Universal Interfaceなどの現代的なC++シミュレーション環境の両方をどのようにサポートできるか？

主な発見

• 更新されたTAUOLAフレームワークは、C++関数ポインタを介した実行時初期化により、ユーザー定義のハドロン的カレントおよび行列要素の再コンパイルなし初期化を可能にした。
• 実装は、異常な崩壊モード（特にレプトンフレーバー違反τ崩壊を含む）を最初から組み込むための主要機能としてサポートした。
• BaBar共同研究の設定と互換性のあるデフォルト初期化セットが標準として採用され、既存の実験的解析との一貫性が保証された。
• フレームワークは、FORTRAN（例：KKMC）およびC++（例：Tauola Universal Interface、TauSpinner）環境へのシームレスな統合を可能にした。
• 実行時における新しい崩壊チャネル、行列要素、カレントの初期化に完全な機能を備えたC++インターフェースプロトタイプが提供された。
• ソフトウェアは後方互換性を維持しており、内部フラグや非使用コードパスを通じて、レガシーモードの初期化オプションが引き続き利用可能である。