[論文レビュー] The SysCalc code: A tool to derive theoretical systematic uncertainties

A. Kalogeropoulos, Johan Alwall|arXiv (Cornell University)|Jan 25, 2018

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 6被引用数 49

ひとこと要約

SysCalc は中心 MC サンプルから理論的系統的不確実性（スケール、PDF）用の重みを導出し、追加の MC 生成を避け、統計的な力を保持します。

ABSTRACT

Undisputedly, derivation of theoretical systematic uncertainties is an inseparable ingredient of any robust analysis dealing with experimental data. However, it is not uncommon, even for those analyses that use state of the art methods and tools to suffer from insufficient statistics when it comes to the simulated datasets used to estimate systematic uncertainties. This practically limits the power, and sometimes the robustness of the analysis. In this paper, we present SysCalc, a code which is able to derive weights for various important theoretical systematic uncertainties, including those related to the choice of the Parton Distribution Function sets and the various scale choices. SysCalc utilizes the central sample generated events to estimate the related systematic uncertainties, thus, omitting the need for generating dedicated systematics datasets, and with only a minimal added cost in terms of computing resources. In this paper we discuss the working principles of the code accompanied by various validation plots. We also discuss the structure of the code followed by a practical guide for how to use the tool.

研究の動機と目的

• 理論的系統的不確実性を大規模な専用サンプルを生成せずに見積もる必要性を動機づける。
• SysCalc を、bcF、bcR スケール、calpha_s の変動、そして PDFs に対して重みを計算する再利用可能なツールとして紹介する。
• SysCalc が理論的系統性を評価しつつ中心サンプルの統計的パワーを保持することを示す。
• SysCalc のインストール、設定、使用方法の実践的ガイドを提供する。

提案手法

• SysCalc は中心となる LO(MG5_aMC@NLO) イベントを処理し、選択された系統に対する重みを含む XML ベースのウェイトファイルを出力する。
• MadGraph5_aMC@NLO からのイベントレベル情報を用いて、スケールおよび PDF の変動（および該当する場合はマッチング）から計算された変動毎のウェイトを介してイベントを再重み付けする。
• 方法には bmu_R および bmu_F スケールウェイトの明示的な式、PDF ウェイトの計算を PDF の比と a_S 項の比として示す（式 3、4、5）。
• マッチング/結合サンプルの場合、ISR/FSR スケールの追加再重み付け因子をサポートする（式 6、7）。
• 出力は LHEF v3 形式に準拠し、initrwgt ブロックにウェイトを埋め込み、各イベントの rwgt エントリを含む。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SysCalc は単一の中心サンプルから理論的系統ウェイト（スケール、PDF）を正確に導出できるか。
• RQ2 SysCalc のウェイトは、pp -> t tbar + xj および pp -> Z + xj のような過程で専用系統サンプルの統計的揺らぎ内で再現できるか。
• RQ3 シャワー処理を伴うマッチング/結合サンプル（例：MG5_aMC@NLO + Pythia8）で SysCalc はどう機能し、どのようなバイアスが生じるか。
• RQ4 SysCalc を効果的にインストール、設定、実行するための実践的な指針は何か。
• RQ5 MLM マッチング/結合スケールに SysCalc を拡張する将来の開発は何か。

主な発見

• SysCalc は、テストプロセス ttbar+0/1j および Z+0/1j に対して、専用サンプルと統計的揺らぎの範囲内で、スケール（μ_R、μ_F）および PDFs のウェイトが一致する。
• 複数の PDF セットを含む PDF 変動ウェイトは、ttbar+0/1j および Z+0/1j に対して専用サンプルと統計的揺らぎの範囲内で再現される。
• マッチングシナリオでは、SysCalc の比較は全体的に一致するが、パートン shower の SCALUP 初期スケールに起因する小さなバイアスがISR関連量で通常数パーセント程度生じる。
• SysCalc は LHEF v3 形式のウェイトを出力し、理論的系統を再生成せずに大規模 MC サンプルを分析に組み込むことを可能にする。
• 本論文は、設定構文や例示出力を含む、実践的なインストールと使用ガイドを提供する。