[논문 리뷰] The SysCalc code: A tool to derive theoretical systematic uncertainties

A. Kalogeropoulos, Johan Alwall|arXiv (Cornell University)|2018. 01. 25.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 6인용 수 49

한 줄 요약

SysCalc는 중앙 MC 샘플로부터 이론적 시스템적 불확실성(스케일, PDF)에 대한 가중치를 도출하여 추가 MC 생성 없이 통계적 파워를 보존합니다.

ABSTRACT

Undisputedly, derivation of theoretical systematic uncertainties is an inseparable ingredient of any robust analysis dealing with experimental data. However, it is not uncommon, even for those analyses that use state of the art methods and tools to suffer from insufficient statistics when it comes to the simulated datasets used to estimate systematic uncertainties. This practically limits the power, and sometimes the robustness of the analysis. In this paper, we present SysCalc, a code which is able to derive weights for various important theoretical systematic uncertainties, including those related to the choice of the Parton Distribution Function sets and the various scale choices. SysCalc utilizes the central sample generated events to estimate the related systematic uncertainties, thus, omitting the need for generating dedicated systematics datasets, and with only a minimal added cost in terms of computing resources. In this paper we discuss the working principles of the code accompanied by various validation plots. We also discuss the structure of the code followed by a practical guide for how to use the tool.

연구 동기 및 목표

• 큰 규모의 전용 샘플을 생성하지 않고 이론적 시스템적 불확실성을 추정할 필요성을 동기 부여합니다.
• SysCalc를 bcF, bcR 스케일, calpha_s 변이 및 PDFs에 대한 가중치를 계산하는 재사용 가능한 도구로 도입합니다.
• 시스템틱을 평가하는 동안 중앙 샘플의 통계적 힘을 보존함을 시연합니다.
• SysCalc의 설치, 구성 및 사용에 대한 실용적인 가이드를 제공합니다.

제안 방법

• SysCalc는 중앙 LO(MG5_aMC@NLO) 이벤트를 처리하고 선택된 시스템틱에 대한 가중치를 포함하는 XML 기반 가중치 파일을 출력합니다.
• 이는 MadGraph5_aMC@NLO의 이벤트 수준 정보를 사용하여 스케일 및 PDF 변 variations으로 계산된 변이별 가중치를 통해 이벤트를 재가중합니다(적용 가능한 경우 매칭도 포함).
• 방법에는 bmu_R 및 bmu_F 스케일 가중치에 대한 명시적 공식과 PDF 가중치를 PDF의 비율과 a_S 항의 비율로 계산하는 식이 포함됩니다(식 3, 4, 5).
• 매칭/병합 샘플의 경우 SysCalc는 ISR/FSR 스케일에 대한 추가 재가중 계수를 지원합니다(식 6, 7).
• 출력은 LHEF v3 형식을 준수하며 initrwgt 블록에 가중치를, 그리고 개별 이벤트 rwgt 항목에 가중치를 삽입합니다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 SysCalc가 단일 중앙 샘플로부터 정확한 이론적 시스템적 가중치(스케일, PDF)를 도출할 수 있습니까?
• RQ2 SysCalc 가중치가 pp -> ttbar + xj 및 pp -> Z + xj 등의 프로세스에서 통계적 요동 내에서 전용 시스템틱 샘플을 재현합니까?
• RQ3 MG5_aMC@NLO + Pythia8와 같은 샤워링이 있는 매칭/병합 샘플에서 SysCalc의 수행은 어떠하며 어떤 바이어스가 발생합니까?
• RQ4 SysCalc를 효과적으로 설치, 구성 및 실행하기 위한 실용적인 지침이 무엇이 필요합니까?
• RQ5 SysCalc를 MLM 매칭/병합 스케일로 확장하기 위한 향후 개발은 무엇입니까?

주요 결과

• SysCalc는 테스트 프로세스 ttbar+0/1j 및 Z+0/1j에 대해 mu_R, mu_F 스케일 및 PDFs에 대한 가중치를 생성하며 전용 샘플과 통계적 변동 범위 내에서 일치합니다.
• 여러 PDF 세트를 포함한 PDF 변 Variation 가중치가 ttbar+0/1j 및 Z+0/1j에 대해 전용 샘플과 통계적 변동 범위 내에서 재현됩니다.
• 매칭 시나리오에서 SysCalc 비교는 파트온 샤워의 SCALUP 시작 스케일로 인한 약간의 바이어스가 있지만 일반적으로 ISR 관련 양에서 몇 퍼센트 수준으로 대체로 일치합니다.
• SysCalc는 LHEF v3 형식으로 가중치를 출력하여 대규모 MC 샘플을 재생성하지 않고 이론적 시스템틱을 분석에 반영할 수 있게 합니다.
• 논문은 구성 구문과 예시 출력 포함한 실용적인 설치 및 사용 안내를 제공합니다.