[논문 리뷰] CalcHEP 2.3: MSSM, structure functions, event generation, batchs, and generation of matrix elements for other packages

A. Pukhov|arXiv (Cornell University)|2004. 12. 14.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 6인용 수 245

한 줄 요약

이 논문은 고에너지 물리학을 위한 고급 계산 툴킷인 CalcHEP 2.3을 제시하며, 파인만 다이어그램 계산, 행렬 원소 생성, 그리고 이벤트 시뮬레이션을 자동화한다. 주요 향상 사항으로는 MSSM 및 SUGRA 모델 지원, PDFLIB 및 MRST/CTEQ 구조 함수 통합, 배치 처리, PYTHIA 이벤트 생성, 외부 패키지와의 상호운용성 등을 위한 C 코드 내보내기 기능을 포함한다.

ABSTRACT

CalcHEP is a package for computation of Feynman diagrams and integration over multi-particle phase space. The main idea prescribed into CalcHEP is to make available passing on from Lagrangians to the final distributions effectively with a high level of automation. This article presents new options of CalcHEP available in version 2.3. They are a) MSSM model with different SUGRA scenarios, b) interface with PDFLIB and implementation of new MRST/CTEQ structure functions, c) realization of approach to structure functions for models with diagonal CKM, d) generation of events and interface with PYTHIA, e) calculations in non-interactive (batch) regime, f)generation of code of different matrix elements for other programs, g) many new interface facilities.

연구 동기 및 목표

• CalcHEP의 기능을 최소 초대칭 표준 모형(MSSM)과 다양한 SUGRA 시나리오를 지원하도록 확장하기 위해.
• CERN의 PDFLIB 및 최신 MRST/CTEQ 세트에서 온 부분자 분포 함수(PDFs)와의 원활한 통합을 가능하게 하기 위해.
• 자동화 및 고처리량 계산을 위한 비상호작용(배치) 모드 실행을 지원하기 위해.
• 다른 시뮬레이션 프레임워크에서 사용할 수 있도록 최적화된 C 코드로 행렬 원소를 생성하고 내보내기 위해.
• 다중 패턴 검색, 동적 필드 크기 조정, 파일 기반 필드 I/O 등의 향상된 인터페이스 기능을 통해 사용성 향상시키기 위해.

제안 방법

• SuSpect v2.3를 통합한 새로운 모델 인터페이스를 통해 MSSM 및 SUGRA 시나리오에 대한 RGE 솔버 내장 기능을 구현하기 위해.
• 외부 PDF 라이브러리(PDFLIB, CTEQ, MRST) 통합을 통해 행렬 원소를 부분자 분포 함수 및 입사 스펙트럼과 결합할 수 있도록 하기 위해.
• 대각형 CKM 행렬을 가진 모델에 대한 구조 함수 지원 및 ISR/빔스트라우링 효과 처리를 추가하기 위해.
• VEGAS를 사용한 몬테카를로 위상공간 통합을 통한 PYTHIA와의 인터페이스를 통해 이벤트 생성 기능을 활성화하기 위해.
• 기호적 및 수치적 워크플로우의 전반적인 자동화를 가능하게 하기 위해 비상호작용 스크립트를 통한 배치 처리 기능을 도입하기 위해.
• 정적 및 동적 연결을 위한 mkLibstat 및 mkLibldl 명령어를 활용해 표준화된 이름(예: _ext)을 가진 최적화된 C 코드로 행렬 원소를 재사용 가능한 형태로 생성하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고수준의 계산 도구는 입자물리학에서 라그랑지안 모형에서 물리적 관측량으로의 전환을 어떻게 자동화할 수 있는가?
• RQ2 기호적 및 수치적 계산 프레임워크 내에서 MSSM 및 SUGRA 모델을 지원하기 위해 어떤 개선이 필요한가?
• RQ3 부분자 분포 함수와 구조 함수는 어떻게 행렬 원소 계산에 효율적으로 통합될 수 있는가?
• RQ4 고에너지 물리 환경에서 복잡한 계산을 자동으로 비상호작용 방식으로 실행하기 위한 메커니즘은 무엇인가?
• RQ5 행렬 원소는 외부 시뮬레이션 패키지(예: PYTHIA)와의 호환성을 확보하기 위해 어떻게 생성하고 내보내야 하는가?

주요 결과

• CalcHEP 2.3는 SuSpect v2.3를 통한 내장된 RGE 진화 기능을 통해 MSSM 및 여러 SUGRA 시나리오를 성공적으로 지원한다.
• PDFLIB 및 MRST/CTEQ 구조 함수 통합을 통해 행렬 원소를 부분자 분포 및 입사 스펙트럼과 정확하게 콘볼루션할 수 있다.
• 배치 처리 기능을 통해 기호적 생성, 컴파일, 수치 실행을 포함한 계산의 전반적인 자동화가 가능하다.
• 표준화된 이름을 가진 최적화된 C 코드로 행렬 원소를 생성할 수 있으며, dlopen을 통한 동적 로딩 및 proclib_*.a 라이브러리를 통한 정적 연결이 가능해졌다.
• 모델 테이블에서의 다중 패턴 검색, 동적 필드 크기 조정, 복잡한 버텍스 상호작용을 처리하기 위한 파일 기반 필드 전송 등의 고급 기능을 지원한다.
• 자동 코드 생성 및 연결을 통해 런타임에 새로운 행렬 원소를 로드할 수 있으며, 중성미온의 잔류 밀도 계산을 위한 micrOMEGAs 프로젝트에서 이를 구현한 바 있다.