[논문 리뷰] ISAJET 7.37: A Monte Carlo Event Generator for $pp$, $\bar pp$, and $e^+e^-$ Interactions

Howard Baer, F. Paige외 2명|ArXiv.org|1998. 04. 17.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 322

한 줄 요약

ISAJET 7.37는 고에너지 $pp$, $ar{p}p$, 및 $e^+e^-$ 충돌을 위한 몬테카를로 이벤트 생성기로, 미세한 양자 chromodynamics(QCD), QCD 복사 보정, 파르톤 분열, 빔 제트 모델링을 구현한다. QCD, Drell-Yan, W-쌍, 힉스, 초대칭(SUSY), 기술색역(technicolor)을 포함한 딱딱한 산란 과정을 지원하며, MSSM의 경우 ISASUSY를 통해 전체 붕괴 체인 시뮬레이션을 가능하게 하여 양성자 충돌기 및 $e^+e^-$ 충돌기에서의 새로운 물리 현상에 대한 세밀한 현상학적 연구를 가능하게 한다.

ABSTRACT

ISAJET is a Monte Carlo event generator for $pp$, $\bar pp$, and $e^+e^-$ interactions at high energies. This document summarizes the physics underlying the program and describes how to use it.

연구 동기 및 목표

• 다양한 에너지 영역에서 고에너지 양성자 및 $e^+e^-$ 충돌을 시뮬레이션할 수 있는 종합적인 몬테카를로 이벤트 생성기를 제공하는 것.
• 초기 상태 및 최종 상태에 대해 피erturbative QCD 단면적과 주로 로그를 취한 QCD 복사 보정을 통합하는 것.
• 최소한의 바이어스 데이터에 대한 현상학적 조정을 통해 파르톤이 하드론으로 분열하고 빔 제트 기여를 모델링하는 것.
• 최소 초대칭 표준모형(MSSM)을 위한 ISASUSY 모듈을 통해 초대칭 입자 생성 및 붕괴 체인의 세밀한 시뮬레이션을 가능하게 하는 것.
• 편광된 빔과 함께 SUGRA 모델에서의 스쿼크, 라플레론, 가우지노, 힉스 보손의 단면적을 포함한 $e^+e^-$ 과정을 지원하는 것.

제안 방법

• CTEQ3L, EHLQ, Duke-Owens 등의 파르톤 분포 함수와 $Q^2$에 의존하는 구조 함수를 사용하여 QCD 단면적을 기반으로 주요 딱딱한 산란 이벤트를 생성한다.
• 피erturbative QCD 진화를 사용하여 초기 상태 및 최종 상태에 대해 주로 로그 근사에서 QCD 복사 보정을 적용한다.
• 독립적인 분열 모델을 사용하여 파르톤이 하드론으로 분열하는 것을 시뮬레이션하며, 수명이 $10^{-12}$ 초 이하인 경우 즉각 붕괴로 간주한다.
• 남은 에너지에서 최소한의 바이어스 이벤트로 빔 제트를 모델링하여 총 단면적 일致성을 확보한다.
• ISASUSY를 통합하여 MSSM 입자의 분해비율을 계산하고, 캐스케이드 붕괴 및 R-포탄 보존 모드를 포함한다.
• RGEs를 통한 SUGRA 매개변수화와 함께, SM 및 SUSY 입자에 대한 전용 단면적과 편광된 빔 옵션을 제공하여 $e^+e^-$ 과정을 지원한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 통합 몬테카를로 프레임워크는 어떻게 $pp$, $\bar{p}p$, 및 $e^+e^-$ 충돌기에서 다양한 고에너지 과정을 일관된 QCD 및 전자약력 역학으로 시뮬레이션할 수 있는가?
• RQ2 전체 캐스케이드 붕괴와 ISASUSY 분해비율을 포함할 경우 초대칭 입자 신호의 현상학적 특성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 두 개의 제트 이벤트와 함께 빔 제트 모델링이 총 비탄성 단면적을 얼마나 정확하게 재현할 수 있는가?
• RQ4 편광된 $e^+e^-$ 빔을 포함할 경우 초대칭 입자 생성 및 스핀 상관관계 감지 능력이 얼마나 향상되는가?
• RQ5 SUGRA 매개변수 제약 조건(예: $m_0$, $m_{1/2}$, $A_0$, $\tan\beta$, $\text{sgn}(\mu)$)이 예측된 스펙트럼과 붕괴 패턴에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• ISAJET 7.37는 QCD, Drell-Yan, W-쌍, 힉스, SUSY, 기술색역을 포함한 광범위한 딱딱한 산란 과정을 지원하며, W 붕괴에 대해 전체 행렬원소 계산을 수행한다.
• ISASUSY의 통합은 MSSM 입자의 붕괴 체인, 특히 캐스케이드 붕괴를 정확하게 시뮬레이션할 수 있게 하며, 모델의 매개변수 공간에서 유래된 분해비율을 제공한다.
• SUGRA 모델의 구현은 렌ormalization 그룹 방정식을 룬지-쿠타 적분을 사용하여 반복적으로 풀며, 올바른 임계값을 고려하여 매개변수 공간을 네 가지 핵심 입력으로 줄였다.
• 스쿼크, 라플레론, 가우지노, 힉스 보손에 대한 전용 단면적과 함께 편광된 $e^+e^-$ 과정을 지원하여 초대칭 신호 감지 능력을 향상시켰다.
• 완전한 탑 쿼크 질량 효과를 고려하여 $g + t \to g + t$ 및 $g + g \to t + \bar{t}$ 과정을 정확히 모델링하며, 이는 탑 물리학에 있어 필수적이다.
• 버전 7.13 이후, 빔 제트 생성, 글루아노 붕괴, $\tilde{g} \to \tilde{q}\bar{q}$ 분해비율과 관련된 여러 버그가 수정되어 신뢰성이 향상되었다.