[논문 리뷰] KaTie: for parton-level event generation with k_T-dependent initial states

A. van Hameren|arXiv (Cornell University)|2016. 11. 02.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 21

한 줄 요약

KaTie는 비가속도 상태의 초기 상태 파arton을 갖는 몬테카를로 이벤트 생성을 가능하게 하는 파arton 수준의 이벤트 생성기로, 비가속도 행렬 요소와 단위 공간 중요도 샘플링을 사용한다. 이는 Les Houches 이벤트 파일(LHEF) 형식 또는 사용자 정의 형식으로 가중치가 부여된 이벤트를 생성하며, 최대 네 개의 최종 상태 입자를 포함하는 표준 모델 과정과 다중 파arton 산란을 지원하며, TMDlib 또는 보간 그리드를 통한 TMDPDF와 완전히 호환된다.

ABSTRACT

KaTie is a parton-level event generator for hadron scattering processes that can deal with partonic initial-state momenta with an explicit transverse momentum dependence causing them to be space-like. Provided with the necessary transverse momentum dependent parton density functions, it calculates the off-shell matrix elements and performs the phase space importance sampling to produce weighted events, for example in the Les Houches Event File format. It can deal with arbitrary processes within the Standard Model, for up to four final-state particles and beyond. Furthermore, it can produce events for single-parton scattering as well as for multi-parton scattering.

연구 동기 및 목표

• 비선형적이고 kT-의존성 초기 상태 파arton을 포함하는 현상학적 연구를 위한 실용적이고 사용자 友好的 환경을 제공하는 것.
• 기존 이벤트 생성기들이 비선형 인과성 가정을 하는 한계를 극복하여, 횡방향 운동량에 의존하는 초기 상태 운동량을 갖는 트리 수준 계산을 가능하게 하는 것.
• 표준 모델 내에서 최대 네 개의 최종 상태 입자를 포함하는 단일 파arton 산란 및 다중 파arton 산란 과정을 모두 지원하는 것.
• 행렬 요소에 대해 avhlib, TMDPDF에 대해 TMDlib와의 효율적 통합을 통해 고정밀 현상학을 가능하게 하는 것.
• 과정 정의에서 히스토그램 생성에 이르기까지 완전한 파이프라인을 제공하는 것 — 이벤트 파일 생성 및 관측량 분포 도구 포함.

제안 방법

• 비가속도 행렬 요소와 kT-의존성 초기 상태를 기반으로 한 가중치가 부여된 이벤트를 효율적으로 생성하기 위해 단위 공간 중요도 샘플링을 사용한다.
• 횡방향 운동량에 의존하는 파arton 분포 함수(TMDPDF)를 처리하기 위해 초직사각형 그리드 또는 TMDlib에서의 보간을 활용한다.
• 명시적인 비가속도 초기 상태 파arton을 포함하는 트리 수준 행렬 요소를 계산하며, avhlib의 자동화된 구현을 통해 게이지 불변성을 유지한다.
• Les Houches 이벤트 파일(LHEF) 형식과 사용자 정의 형식을 지원하여, 사용자 정의 관측량을 위한 히스토그램 생성에 활용할 수 있다.
• 비선형 PDF에 대해 LHAPDF와 통합하고, 후처리를 위한 포트란 기반의 이벤트 리더 및 히스토그램 도구를 제공한다.
• 사용자 정의 형식에서 반복적인 이벤트 블록과 해당 가중치를 생성하여 다중 파arton 상호작용(MPI) 연구를 가능하게 한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 비가속도 행렬 요소에서 게이지 불변성을 유지하면서 kT-의존성 초기 상태 파arton을 포함하는 파arton 수준의 이벤트 생성기를 개발할 수 있는가?
• RQ2 최대 네 개의 최종 상태 입자와 비선형적 초기 상태를 포함하는 임의의 트리 수준 과정에 대해 효율적인 단위 공간 샘플링을 어떻게 달성할 수 있는가?
• RQ3 TMDPDF를 실용적인 이벤트 생성 프레임워크에 통합하는 데 가장 효과적인 방법은 보간 그리드 방식인지, 직접 라이브러리 접근 방식인가?
• RQ4 LHEF 출력과 사용자 정의 관측량을 위한 히스토그램 생성을 동시에 지원하는 통합 환경을 구축할 수 있는가?
• RQ5 다중 파arton 산란 과정을 일관되게 모델링하고 현상학적 분석에 적합한 형식으로 출력할 수 있는가?

주요 결과

• KaTie는 최대 네 개의 최종 상태 입자를 포함하는 표준 모델의 임의의 트리 수준 과정에 대해 kT-의존성 초기 상태를 갖는 가중치가 부여된 이벤트를 성공적으로 생성한다.
• 프로그램은 단일 파arton 산란과 다중 파arton 산란을 모두 지원하며, LHEF 형식 또는 히스토그램 생성을 위한 사용자 정의 형식으로 이벤트 파일을 생성한다.
• 초직사각형 그리드의 보간 또는 TMDlib 직접 통합을 통해 TMDPDF 사용이 가능하며, 현대적인 TMD 진화 방법과의 호환성을 보장한다.
• 과정 정의에서 히스토그램 생성에 이르기까지 모든 파이프라인이 단일 입력 파일을 통해 완전 자동화되어 있으며, 과정, PDF, 절단 조건, 모델 파arameter, 최적화 설정을 지정할 수 있다.
• 사용자가 이벤트 파일에서 임의의 관측량에 대해 일차원 및 이차원 분포를 생성할 수 있도록 전용 포트란 기반의 이벤트 리더 및 히스토그램 도구를 제공한다.
• avhlib의 자동화된 구현을 활용하여 비가속도 행렬 요소에서 게이지 불변성을 유지함으로써 물리적 일관성을 확보한다.