[论文解读] A study on Matrix Element corrections in inclusive Z/ gamma* production at LHC as implemented in PYTHIA, HERWIG, ALPGEN and SHERPA

P. Lenzi, J. M. Butterworth|ArXiv.org|Mar 23, 2009

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 18被引用 5

一句话总结

本文评估了在LHC上包含Z/γ*产生的过程中，四种主流事件生成器——PYTHIA、HERWIG、AlpGen和SHERPA——的矩阵元（ME）修正。比较了ME改进的部分子簇射技术，结果表明PYTHIA和HERWIG正确再现了一部分子ME修正，而SHERPA和AlpGen通过分离尺度将此扩展至多重硬发射；当限制为单发射时，结果与PYTHIA一致，并显示出对ME-PS匹配尺度的最小依赖性。

ABSTRACT

We study Matrix Element corrections as implemented in four popular event generators for hadron collisions. We compare PYTHIA, HERWIG, ALPGEN and SHERPA in the Z/gamma* inclusive production at LHC. PYTHIA and HERWIG are able to correct the first emission from the shower taking the Matrix Element calculation for one additional parton into account. SHERPA and ALPGEN are able to take into account Matrix Element corrections not only for one, but rather for several hard emissions from the incoming partons. This can be done at the price of introducing a separation cut to distinguish a Matrix Element and a Parton Shower populated regions. In this paper we check the effect of Matrix Element corrections in PYTHIA and HERWIG and we check that results from these two generators are consistent. Then we turn to SHERPA and ALPGEN, that implement two different methods to match Matrix Element calculations and Parton Shower. If we constraint them so that no more than one parton can emerge from the Matrix Element calculations they should both give results similar to PYTHIA and HERWIG. In other words PYTHIA and HERWIG provide us with the correct reference to spot possible issues with the matching prescriptions implemented in SHERPA and ALPGEN. We also check to what extent the dependency on the Matrix Element - Parton Shower separation cut is canceled in these two generators.

研究动机与目标

• 评估主要蒙特卡罗事件生成器在LHC上包含Z/γ*产生过程中ME修正的实现与一致性。
• 评估SHERPA和AlpGen是否在限制为额外一个部分子发射时，能重现PYTHIA和HERWIG的参考结果，这些生成器通过ME-PS合并处理多重硬发射。
• 研究AlpGen和SHERPA中ME-PS匹配所用任意分离尺度对结果的影响。
• 识别在使用AlpGen生成的事件时，不同簇射算法对低pT Z玻色子横动量谱的差异。

提出的方法

• 使用PYTHIA和HERWIG，通过部分子簇射重加权应用ME修正：利用精确的矩阵元计算调整第一个发射的概率，以包含一个额外部分子。
• 使用SHERPA和AlpGen，采用ME-PS合并：当部分子数量超过阈值时，由n部分子矩阵元描述，而低pT发射则由簇射处理。
• 通过将SHERPA和AlpGen限制为仅一个额外部分子发射，实施一致性测试，并与PYTHIA和HERWIG作为基准进行比较。
• 在AlpGen和SHERPA中采用一系列ME截断值，以测试结果对用于分离ME和PS区域的任意尺度的鲁棒性。
• 比较不同生成器和设置下的可观测量，如Z玻色子横动量、轻子pT和喷注率。
• 使用CTEQ6L部分子分布函数，并禁用多重相互作用和QED辐射，以隔离ME修正的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 当在Z/γ*产生中对第一个发射应用ME修正时，PYTHIA和HERWIG是否产生一致结果？
• RQ2 当限制为额外一个部分子发射时，SHERPA和AlpGen在多大程度上能重现PYTHIA/HERWIG的基准结果？
• RQ3 AlpGen和SHERPA的结果对ME-PS分离尺度的选择有多敏感？
• RQ4 为何AlpGen + PYTHIA产生的Z玻色子pT谱比ME修正后的PYTHIA更软？使用HERWIG作为簇射是否能解决此问题？
• RQ5 使用不同部分子簇射程序（PYTHIA与HERWIG）对AlpGen生成的事件进行簇射时，对低pT可观测量有何影响？

主要发现

• PYTHIA和HERWIG在ME修正的Z/γ*产生中结果一致，验证了其对额外一个部分子发射的重加权方法的有效性。
• 当限制为单个硬发射时，SHERPA与PYTHIA基准结果高度一致，证实其ME-PS合并方案的可靠性。
• AlpGen + PYTHIA无法重现ME修正后PYTHIA在低Z玻色子pT区域的谱，因为PYTHIA在对AlpGen事件进行簇射时禁用了ME修正。
• 改用HERWIG对AlpGen事件进行簇射后，可在整个pT谱范围内恢复与ME修正后PYTHIA的一致性，表明问题出在PYTHIA对AlpGen事件的处理方式。
• AlpGen和SHERPA对ME-PS匹配尺度的依赖性极小，不同截断值下结果仅显示微小变化，表明匹配过程具有鲁棒性。
• AlpGen中1→0跃迁的微分喷注率对ME截断值的敏感性可忽略，证实了合并过程的尺度无关性。