[論文レビュー] TopReX generator (version~3.25). Short manual

S. Slabospitsky, L. Sonnenschein|CERN Bulletin|Jan 30, 2002

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 46

ひとこと要約

TopReX 3.25 は、$pp$ および $p\bar{p}$ 衝突におけるトップクォーク、電荷付きヒッグスおよび関連する重い粒子生成をシミュレートする専用のモンテカルロイベントジェネレータであり、トップクォーク崩壊におけるスピン偏極を完全に扱える。PYTHIA を拡張し、$W$ ボソンが非共有状態の $t\bar{t}$ 生成やヒッグス共鳴状態を含む 2→6 プロセスの行列要素を提供することで、TAUOLA を用いた正確なスピン相関および崩壊モデル化を可能にし、LHC における標準模型予測と強い一致を示す検証がなされている。

ABSTRACT

This is the manual of the specialized event generator TopReX 3.25. The generator provides the simulation of several important processes in pp and p pbar collisions, not implemented in PYTHIA (yet). Some of these processes include t-quarks whose spin polarizations are taken into account in the subsequent decay of the t-quarks. Several non-SM top quark decay channels are included, too. All calculated subprocesses can be accessed from PYTHIA as external processes. In addition, TopReX can be used as stand alone event generator, providing partonic final states before showering. In this mode the control of the event generation is taken by TopReX itself. A few simple examples of main routines, which show how to use TopReX in the different modes are discussed.

研究の動機と目的

• PYTHIA 6.1 に存在しないトップクォークおよび電荷付きヒッグスボソンを含む高多重度ハード散乱過程をシミュレートすること。
• トップクォーク崩壊におけるスピン偏極効果をモデル化し、TAUOLA を用いてその後続崩壊にわたる偏極を伝搬させること。
• ブレイト・ウィーナー近似およびオンシェル近似の両方を用いた $t\bar{t}$ 生成の正確な行列要素を提供すること、ヒッグス共鳴状態寄与を含むこと。
• PYTHIA に外部プロセスとして統合するか、ヒストограмの記録および解析が可能なスタンドアロン利用を可能にすること。
• 生成結果を標準模型の予測および PYTHIA のデフォルトプロセスと比較し、特にスピン相関および運動量分布に関して検証すること。

提案手法

• プロセス固有の ID（IPROC）を備えた 14 種類の異なる部分過程（例：$q\bar{q} \to t\bar{b}$、$gg \to t\bar{t}$、$q\bar{q} \to H^+ \to t\bar{b}$）の行列要素を実装する。
• トップクォークのスピン密度行列を計算し、$t \to bW^+$ および $t \to bH^+$ の崩壊チェーンにわたって偏極を伝搬させる。
• TAUOLA を統合し、$\tau$ レプトンの偏極崩壊（例：$\tau \to \nu_\tau l^- \bar{\nu}$ およびハドロンモード）をモデル化する。
• パートオン最終状態、色の流れ、シャワリングパラメータを PYTHIA の共通ブロック（/PYUPPR/ および /PYJETS/）に格納し、PYTHIA のシャワリングおよびハドロン化をスムーズに実行する。
• 二重利用をサポート：PYTHIA の外部プロセスとしての利用、またはヒストограм記録機能を備えたスタンドアロンジェネレータとしての利用。
• CTEQ4L パートン分布関数を用い、ユーザー定義のヒッグス結合を Rpar(80)、Rpar(81)、Rpar(82) を用いて標準模型、擬スカラー、CP 違反ヒッグス状況に対応する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 TopReX は、非共有状態の $W$ ボソンを伴う $t\bar{t}$ 生成を正確にシミュレートでき、崩壊生成物におけるスピン相関を含めることができるか？
• RQ2 ブレイト・ウィーナー近似とオンシェル近似の行列要素は、標準模型のトップクォークスピン相関予測をどの程度正確に再現するか？
• RQ3 スピン依存観測量（例：ヘリシティ基底の非対称性係数）に関して、TopReX は PYTHIA 6.1 よりどの程度向上しているか？
• RQ4 TopReX は、非標準模型のトップクォーク崩壊モード（例：$t \to bH^+$ や $t \to qZ$）を信頼性高くシミュレートできるか？
• RQ5 TopReX が得る運動量分布（例：トップクォーク質量、$p_\perp$）は、PYTHIA のデフォルトの $2\to2$ 行列要素とどの程度一致するか？

主な発見

• ブレイト・ウィーナー近似を用いた $2\to6$ 行列要素は、$\sqrt{s} = 14$ TeV におけるトップクォーク質量分布を、PYTHIA の $2\to2$ 行列要素と非常に良好に再現する。
• TopReX と PYTHIA 6.1 におけるトップクォークの $p_\perp$ スペクトルは強く一致しており、生成器内の運動量伝達が正当であることを検証した。
• TopReX は、二レプトンモード $t\bar{t}$ 崩壊チャンネルにおける標準模型スピン相関非対称性係数 $\mathcal{A}_{SM} = 0.32$ を正しく再現するが、デフォルトの PYTHIA はスピン相関モデルがないためゼロを出力する。
• TopReX におけるブレイト・ウィーナー近似およびオンシェル $t\bar{t}$ 行列要素のスピン相関予測は、グルーオン融合およびクォーク反クォーク消失チャンネルの両方で良好に一致する。
• ユーザー定義の結合定数（Rpar(80)、Rpar(81)、Rpar(82) を用いて）を介して、オンシェルヒッグス交換による $t\bar{t}$ 生成におけるヒッグス共鳴状態寄与を正確にモデル化している。
• CTEQ4L PDF を用いた検証により、TopReX の行列要素が LHC の研究において信頼できることが確認され、特にスピン効果や非共鳴的バックグラウンドが重要なプロセスにおいて有効である。