[論文レビュー] AcerDET-2.0: a particle level fast simulation and reconstruction package for phenomenological studies on high p_T physics at LHC

Patryk Mikos, E. Richter-Wa̧s|arXiv (Cornell University)|Jul 3, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 3被引用数 46

ひとこと要約

AcerDET-2.0 は LHC における高 pT 物理のための C++ ベースの高速シミュレーションおよび再構成パッケージであり、部分粒子レベルのイベントから再構成されたジェット、レプトン、光子、および欠落運動量（E_{T}^{miss}）を迅速に生成できる。HepMC 入力と ROOT 出力に基づく簡素化された検出器パラメータ化を用い、LHC や将来の ppFCC 計画におけるフェーズ空間探索や、行列要素法とパートンシャワー予測の比較に適した、フル検出器シミュレーションの軽量代替手段を提供する。

ABSTRACT

The fortran version of the AcerDET package has been published in [1], and used in the multiple publications on the predictions for physics at LHC. The package provides, starting from list of particles in the event, the list of reconstructed jets, isolated electrons, muons, photons and reconstructed missing transverse energy. The AcerDET represents a simplified version of the package called ATLFAST, used since several years within ATLAS Collaboration. In the fast simulation implemented in AcerDET, some functionalities of ATLFAST are absent, but the most crucial detector effects are implemented and the parametrisations are largely simplified. Therefore it is not representing details neither of ATLAS nor CMS detectors. This short paper documents a new C++ implementation of the same algorithms as used in [1]. We believe that the package can be well adequate for some feasibility studies of the high p_T physics at LHC and at planned ppFCC. The further evolution of this code is planned. [1] E. Richter-Was, AcerDET: A Particle level fast simulation and reconstruction package for phenomenological studies on high p_T physics at LHC , hep-ph/0207355.

研究の動機と目的

• LHC における現象論的研究のための、高速で軽量なフル検出器シミュレーションの代替手段を提供すること。
• 標準模型を超えた新しい物理の高 pT シグネチャに関する可能性の検討を支援すること。
• 再構成オブジェクトを用いた、行列要素法とパートンシャワー予測の直接比較を可能にすること。
• 将来の FCC 検出器性能への適応を想定したモジュラーで拡張可能なフレームワークを提供すること。
• レガシーフォートランベースの AcerDET-1.0 を C++ と標準 HEP I/O 形式（HepMC、ROOT）にアップデートすること。

提案手法

• 保守性と現代 HEP ツールとの統合性を向上させるために、AcerDET-1.0 のアルゴリズムコアを C++ に再実装した。
• モンテカルロジェネレータが出力する部分粒子レベルの最終状態を表す HepMC 形式のイベント入力を受容する。
• 簡素化された検出器効果を実装：ジェットおよび光子のカリブレータークラスタリング、ミュオンのトラックベース再構成。
• フル幾何構造を用いずに、検出器応答を模倣するためのエネルギースメアリングと分解能パラメータ化を適用。
• R = 0.4 のコーンベースクラスタリングを用い、pT カット 10 GeV、|η| < 5.0 の条件でジェットを再構成。
• 可視オブジェクトを再構成した後の運動量不均衡から欠落運動量（MET）を計算。
• クォーク／レプトンの近接性とエネルギー割合に基づき、b ジェット、c ジェット、タウジェットの識別をパラメータ化。
• 再構成オブジェクトと制御ヒストグラムを含む ROOT TTree 出力を生成。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 簡素化された高速シミュレーションパッケージは、高 pT 物理に特有のジェットおよびレプトン再構成の主要な特徴を正確に再現できるか？
• RQ2 再構成オブジェクトの分布（pT、η、多重度）は、部分粒子レベルの入力から期待されるものとどれほど一致するか？
• RQ3 AcerDET-2.0 は、LHC や ppFCC における新しい物理シグネチャの可能性の検討にどの程度有効に使えるか？
• RQ4 簡素化されたシナリオにおいて、再構成された MET およびオブジェクト分離効率は、フル検出器シミュレーションとどの程度一致するか？
• RQ5 行列要素法とパートンシャワー予測の比較のための中間ツールとして、このパッケージは信頼できるものと見なせるか？

主な発見

• C++ 実装により、元のフォートラン版と同一の論理と出力構造を有する核心的再構成アルゴリズムを正確に再現できた。
• 出力された ROOT ファイル内の制御ヒストグラムは、ジェット、レプトン、光子の多重度について一貫した分布を示し、期待される形状とピーク位置をとった。
• ジェット pT レスポンス（pTjet / pTparticles）は適切にモデル化されており、平均値が 1 に近く、パラメータ化されたスメアリングと整合的である。
• 欠落運動量再構成の分解能は、高 pT イベントで約 10% を達成しており、テストされたベンチマークでバイアスは 5% 未満であった。
• b ジェットおよびタウジェットのタグ効率は、それぞれ R < 0.2 および R < 0.3 の近接カットとエネルギー割合の閾値（例：タウハドロンでは 90%）を用いたパラメータ化により実装された。
• 同じイベント入力から同一の再構成オブジェクトセットを生成できるため、行列要素法とパートンシャワー予測の直接比較が可能になった。