[論文レビュー] TREPS: A Monte-Carlo Event Generator for Two-photon Processes at $e^+e^-$ Colliders using an Equivalent Photon Approximation

S. Uehara|arXiv (Cornell University)|Oct 1, 2013

Simulation Techniques and Applications被引用数 7

ひとこと要約

TREPS は、等価光子近似 (EPA) を用いて $e^+e^-$ コライダーにおける二光子過程のモンテカルロイベントジェネレータであり、$Q^2$-依存の光度関数を用いて光子の仮想性を明示的に取り入れている。固定された $\gamma\gamma$ 中心系エネルギー $W$ でイベントを生成し、ユーザー定義の最終状態粒子の組み合わせと角度分布をサポートしており、光度計算において2%の精度を達成している。低 $p_T$ 地域では完全図式計算と一致する運動量スペクトルを示す。改訂版の TREPS2 は、イベント運動学において両方の光子が有限な仮想性を持つことを可能にし、二重タグ付き過程において完全な QED 計算とより良好な一致を実現した。

ABSTRACT

A description and the use of an event-generator code for two-photon processes at e+e- colliders, TREPS, are presented. This program uses an equivalent photon approximation in which the virtuality of photons is taken into account. It is applicable to various processes by specifying a combination of final-state particles and the angular distributions among them. A comparison of the results with those from other programs is also given.

研究の動機と目的

• 光子の仮想性を考慮する $e^+e^-$ コライダーにおける二光子過程の柔軟なモンテカルロイベントジェネレータの開発。
• $Q^2$-依存の確率分布を用いた二光子光度関数の正確なシミュレーション。
• イベント生成におけるユーザー定義の最終状態粒子の組み合わせと角度分布のサポート。
• 特に両光子が仮想である二重タグ付き過程において、仮想光子の取り扱いの改善。
• 完全図式計算および他のプログラムとの比較による検証を通じて、低および中程度の $p_T$ 範囲における信頼性の確保。

提案手法

• 仮想光子の電子からの放出をモデル化するため、等価光子近似 (EPA) を用い、仮想性 $Q^2$ に対して $d\mathcal{P}/dQ^2 \sim 1/Q^2$ とする。
• 上界として $Q^2_{\rm max}$ を用い、仮想性効果をモデル化するための形因数抑制 $F(Q^2, W)$ を含む、二光子光度関数 $L_{\gamma\gamma}(W)$ を計算する。
• 固定された $\gamma\gamma$ 中心系エネルギー $W$ でイベントを生成し、運動学は $e^+e^-$ 中心系フレームによって決定する。
• 既知の散乱／崩壊振幅に基づく重み関数を用いたヒット・アンド・ミス法を適用し、最終状態粒子間の複雑な角度分布を実装する。
• TREPS2 では、両光子が同時に有限な $Q^2$ を持つことを許容する修正された運動学的取り扱いを組み込み、TREPS1 よりも現実性が向上した。
• 完全図式計算との比較を通じて、$p_T^{\gamma\gamma}$、$p_z^{\gamma\gamma}$、および電子の反動運動量相関を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 仮想性が $Q^2$-依存の分布を介して明示的に取り入れられた場合、等価光子近似が二光子光度関数をどの程度正確にモデル化できるか。
• RQ2 イベントジェネレータ TREPS が、完全 QED 計算と比較して $\gamma\gamma$ システムの運動量スペクトルをどの程度正確に再現できるか。
• RQ3 TREPS2 におけるイベント運動学で両光子に有限な仮想性を組み込むことで、二重タグ付き過程における完全図式結果との一致がどの程度向上するか。
• RQ4 二光子光度関数の精度が、$\gamma\gamma^*$ 截面の $Q^2$-依存性の仮定にどの程度依存するか。
• RQ5 仮想性が、排他的な二光子最終状態における角度分布および $p_T$ のバランスにどのような影響を及ぼすか。

主な発見

• $\gamma\gamma^*$ 截面の $Q^2$-依存性が妥当にモデル化されている限り、TREPS における二光子光度関数は2%以内の精度で正確である。
• TREPS における $\gamma\gamma$ システムの運動量分布は、特に $p_T^{\gamma\gamma} \ll W/2$ の低 $p_T$ 地域で完全図式計算と優れた一致を示す。
• TREPS2 は、$e^+e^- \to e^+e^-\mu^+\mu^-$ における反動電子および陽電子の横方向運動量の相関を完全図式計算と一致させることに成功した。
• TREPS2 における反動電子間の方位角差は、完全図式結果と同様の傾向を示し、特に $\min(p_t)$ との相関において、より優れた角度忠実性を示している。
• TREPS2 における両光子の有限仮想性の組み込みにより、TREPS1 では片方の光子しか仮想にできない状況と比較して、二重タグ付き測定における系統的バイアスが低減された。
• これらの改善にもかかわらず、EPA の有効性は依然として相対的に低 $Q^2$ 範囲に限定されており、ここが近似が最も成立する領域である。