[論文レビュー] The Les Houches Accord PDFs (LHAPDF) and Lhaglue

M. R. Whalley, D. Bourilkov+1 more|ArXiv.org|Aug 9, 2005

Mathematics, Computing, and Information Processing被引用数 110

ひとこと要約

本論文は、高エネルギー物理学における部分子分布関数（PDFs）にアクセスするための現代的で柔軟なフレームワーク、LHAPDF および LHAGLUE を紹介する。このフレームワークは、低スケールにおけるパラメータ化された形でのPDFのオンザフライ進化を可能とし、複数の誤差セットをサポートし、PYTHIA や HERWIG などのモンテカルロジェネレータとシームレスに統合可能な PDFLIB 互換インターフェース（LHAGLUE）を提供する。これにより、レガシーフレームワークである PDFLIB よりも大幅に使いやすさとパフォーマンスが向上する。

ABSTRACT

We describe the development of the LHAPDF library from its initial implementation following the Les Houches meeting in 2001 to its present state as a functional replacement for PDFLIB. Brief details are given of how to install and use the library together with the PDF sets available. We also describe LHAGLUE, an add-on PDFLIB look-a-like interface to LHAPDF, which facilitates using LHAPDF with existing Monte Carlo generators such as PYTHIA and HERWIG.

研究の動機と目的

• 古くなった PDFLIB を、現代の PDF セットに適応したスケーラブルで拡張可能なインターフェースに置き換えること。
• 不確実性の定量化に必要な、増加する PDF 誤差セットおよびマルチメンバー PDF セットをサポートすること。
• 再コンパイルを必要とせずに、新旧の PDF セットに高精度かつ効率的にアクセスできること。
• 既存のモンテカルロジェネレータに対して、LHAGLUE インターフェースを介して PDFLIB のドロップインリプレースメントを提供すること。
• 陽子 PDF に加え、光子およびパイオン PDF もサポートすることで、フレームワークの適用範囲を拡大すること。

提案手法

• LHAPDF は低スケール $Q_0^2$ における解析的パラメータ化を用い、QCDNUM や EVLCTEQ などの組み込み進化コードにより高スケール $Q^2$ に進化させる。
• 2種類の入力フォーマットをサポートする：オンザフライ進化用のパラメータファイル（`.LHpdf`）と、事前計算された補間用のグリッドファイル（`.LHgrid`）。
• LHAGLUE インターフェースは PDFLIB のサブルーチン呼び出しをエミュレートし、PYTHIA や HERWIG にコード変更なしに直接統合可能である。
• PDF セットはコレクションとして初期化され、一度の初期化で複数のメンバー（例：誤差セット）を同時にアクセス可能になる。
• 統計、外挿、$α_s$ の取り扱いに関する設定可能なパラメータを備え、出力を抑制するか、詳細ログを有効化するオプションも提供する。
• COMMON ブロックによる二重精度 $Λ_{QCD}$ 値のサポートにより、PDFLIB と一貫性を保つ。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 増加する複雑さと PDF セットの数（誤差セットを含む）に対応できる、現代的で拡張可能なインターフェースをどのように設計できるか？
• RQ2 既存のモンテカルロジェネレータにコード変更を加えずに、新しい PDF アクセスライブラリ上に PDFLIB 互換インターフェースを構築できるか？
• RQ3 モジュラーなライブラリにおいて、パラメータファイルとコンパイル済み進化コードを分離することで、どのようなパフォーマンス向上が達成できるか？
• RQ4 旧来の PDF セットを効率的に保存・アクセスできるようにするにはどうすればよいか？
• RQ5 グリッド境界の不一致が PDF の精度に与える影響は何か？ そして、その影響をどのように是正できるか？

主な発見

• LHAPDF V2 以降のバージョンは、パラメータ化された PDF と事前計算されたグリッドの両方を効果的にサポートし、旧来の PDF セットとの後方互換性を達成した。
• 外部のパラメータファイルとオンザフライ進化の使用により、新しい PDF セットを追加する際のライブラリ再コンパイルの必要がなくなる。
• LHAGLUE は PDFLIB と完全に互換性を持つインターフェースを提供し、既存のコードを最小限の変更で LHAPDF に移行可能である。
• グリッドファイルを用いることで、PDF セットの初期化時間が V1 の約 2 秒/メンバーからほぼ即時の水準に短縮され、大きなパフォーマンスボトルネックが解消された。
• 同じコードを用いて陽子、光子、パイオン PDF をサポートし、$α_s$ および $Λ_{QCD}$ 値の取り扱いが一貫している。
• TEVATRON および LHC のエネルギー領域における広範なテストにより、LHAPDF、PDFLIB、および PYTHIA や HERWIG 内部のジェネレータ実装との間に一貫性が確認された。