[論文レビュー] The new Monte Carlo Event Generator Herwig++

Stefan Gieseke|ArXiv.org|Aug 3, 2004

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 13被引用数 3

ひとこと要約

Herwig++ は、LEP や将来の衝突加速器エネルギ一での $e^{+}e^{-}$ annihilations イベントをシミュレートすることを目的とした新しい C++ ベースのモンテカルロイベントジェネレータである。マトリックス要素補正を施した新しい運動量変数を用いた高度な parton ショー進化を採用し、イベント形状、ジェット多重度、重いクォークのフラグメンテーションに関して、LEP、SLD、PETRA のデータと優れた一致を示している。HERWIG と同等またはそれ以上の性能を発揮している。

ABSTRACT

We present results obtained with the new Monte Carlo event generator Herwig++. In its first version (1.0), Herwig++ is capable of simulating e+e- Annihilation events. We compare results for different distributions with a vast amount of available data from e+e- annihilation.

研究の動機と目的

• 将来の衝突加速器物理学のための現代的で保守可能なモンテカルロイベントジェネレータを開発し、HERWIG や PYTHIA のレガシーツールに取って代わること。
• オブジェクト指向の C++ フレームワークを用いて、LEP やそれ以上のエネルギーでの $e^{+}e^{-}$ annihilations における正確なシミュレーションを保証すること。
• イベント形状、ジェット多重度、重いクォークのフラグメンテーションといった主要な観測量を、四重ジェットのマトリックス要素に依存せずに高精度で記述すること。
• ハドロン化モデルにおける再解釈された二クォーク重み機構を用いて、一貫性のあるバリオン生成を可能にすること。
• Herwig++ を HERA や Tevatron、LHC におけるハドロン最終状態への拡張の基盤とすること。

提案手法

• ハードプロセスとして、階層レベルの $e^{+}e^{-} \to (\gamma,Z) \to q\bar{q}$ マトリックス要素を用い、完全な $q\bar{q}g$ フェーズスペースに一致する補正を施している。
• 2 種類のマトリックス要素補正を適用している：禁止されたフェーズスペースにおける放射線に対して適用する「デッド領域補正」と、部分的ショーエミッションの再重み付けにより完全なマトリックス要素との一致を高める「ソフト補正」。
• ソフトおよび衝突領域のカバーを向上させる新しい進化変数を用いて、parton ショーの進化を実装している。特に重いクォークに対して優れた性能を発揮する。
• 低スケールの parton を色 singlet クラスタにクラスタリングする前コンfinement を適用し、フレーバー情報の保持を可能にすることで、一貫性のあるハドロン化を実現している。
• 大きなインヴァリアント質量を持つクラスタは、素性の重みを用いて分裂・崩壊し、ハドロンに変わる。バリオン生成の向上を図るため、修正された二クォーク重みが使用されている。
• 最終状態のハドロンは、標準的な崩壊モデルを用いて主にπおよび光子へと崩壊する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Herwig++ のような新しいオブジェクト指向モンテカルロジェネレータは、レガシーツール（HERWIG や PYTHIA）と同等またはそれ以上の性能で、LEP エネルギーにおける $e^{+}e^{-}$ annihilations イベントを正確にシミュレートできるか？
• RQ2 四重ジェットのマトリックス要素を明示的に使用しない場合、Herwig++ は、スレーブトとスレーブト平面内の横方向運動量分布といったイベント形状分布をどの程度正確に記述できるか？
• RQ3 Herwig++ の parton ショー モデルは、摂動的補正のみで重いクォークのフラグメンテーション関数をどの程度再現できるか？
• RQ4 新しい進化変数とマトリックス要素補正は、特にソフトおよび衝突極限において滑らかなフェーズスペースカバーを確保できるか？
• RQ5 ハドロン化モデルにおける修正された二クォーク重み機構は、バリオン生成のより一貫性のある記述を可能にするか？

主な発見

• Herwig++ は、PETRA、LEP、LEP II の全中心系エネルギ一において、$k_{\perp}$-クラスタリングされたミニジェット多重度を非常に良好に再現している。
• スレーブト分布には、非常に球形または非常に点状のイベントでわずかに過剰に発現する傾向があるが、スレーブト平面内の横方向運動量分布は非常に良好に記述されている。
• $y_{\rm cut} = 0.08$ における四重ジェットイベントの Bengtsson–Zerwas 角分布は、明示的な四重ジェットマトリックス要素を用いずに良好に再現されている。
• B フラグメンテーション関数は高い忠実度で記述されており、parton ショーにおける重いクォークの摂動的取り扱いが正確であることを示している。
• Herwig++ は、DELPHI、SLD、JADE などの複数の実験におけるイベント形状および排他的スペクトルを一貫して正確に記述している。
• Herwig++ 1.0 で推奨されるパラメータセットは、特定の観測量に過剰適合することなく、LEP データ全体に対してバランスの取れた、包括的な記述を実現している。