[논문 리뷰] Computer Simulations of High Energy Physics

Philip J. Stephens|ArXiv.org|2004. 08. 31.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 95인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 고에너지 물리학 현상학을 위한 C++ 프로그램인 Herwig++와 Effective을 제시한다. Herwig++는 로렌츠 불변 변수와 새로운 하드론화 모델을 통해 파arton 쇼의 진화를 향상시키며, 이는 이소스핀 대칭성과 메손-바리온 비율을 더 잘 유지한다. Effective은 N=1 초대칭 모델의 한계점에서 효과적 잠재력, 질량 행렬, 그리고 재규격화 그룹 진화를 계산한다. 두 도구는 LEP 데이터와 이론적 일관성에 대해 검증되었다.

ABSTRACT

This thesis describes the development of two independent computer programs, Herwig++ and Effective. Both of these programs are used for phenomenological predictions of high energy physics. Herwig++ is used to simulate events as measured at particle colliders. This thesis presents a new set of variables for parton shower evolution. These new variables retain the angular ordering feature of the variables found in the original HERWIG software, while improving the Lorentz invariance of the shower and improving the coverage of the phase space. Also developed is a new model for hadronization. By changing the distribution of probabilities of cluster decays into hadron pairs this model is able to enforce desired results, such as isospin symmetry or meson-baryon ratios, more intuitively. These new developments are compared against existing LEP data. Effective is used to generate the mass spectrum of supersymmetric models. This program is able to provide the 1-loop effective potential and 1-loop mass matrices for an arbitrary N=1 supersymmetric model. This software also is able to solve the renormalization group equations at one-loop for the parameters of the model and, in turn, provide the scale dependent values of these parameters.

연구 동기 및 목표

• 파arton 쇼 진화의 로렌츠 불변성과 위상공간 커버리지가 향상된 차세대 이벤트 생성기인 Herwig++를 개발하기 위해.
• 이소스핀 대칭성과 메손-바리온 비율을 직관적으로 제어할 수 있는 새로운 하드론화 모델을 Herwig++에 구현하기 위해.
• N=1 초대칭 모델에서 효과적 잠재력과 질량 행렬의 1계 교정을 계산할 수 있도록 Effective 프로그램을 확장하기 위해.
• 초대칭 이론에서 스케일에 따라 변하는 매개변수 값을 생성하기 위한 프레임워크를 제공하기 위해.
• Herwig++가 LEP의 $e^+e^-$ 데이터와 비교하여 실험 관측량과의 개선된 일치를 보여주기 위해.

제안 방법

• 파arton 쇼의 진화 변수 집합을 새롭게 도입하여, 각도 순서를 유지하면서도 로렌츠 불변성과 위상공간 커버리지를 향상시키기 위해.
• 특히 최종-최종, 초기-초기, 초기-최종, 붕괴 색 연결에 대해 색 흐름 구조에 기반한 파arton 쇼의 초기 조건을 정의하기 위해.
• 주어진 물리적 대칭성과 비율을 강제하기 위해 클러스터 붕괴 확률을 재가중하는 새로운 하드론화 모델을 Herwig++에서 개발하기 위해.
• Effective에서 사용하기 위해 SU(3)의 구조 상수와 생성자를 다룰 수 있는 텐서 클래스를 GiNaC에 구현하기 위해.
• 필드와 결합을 지정하여 행렬 요소를 계산할 수 있는 Diagram 클래스를 Effective에 구축하기 위해. 외부 상태에 대한 자동 순열 기능을 포함한다.
• 효과적 잠재력과 질량 행렬의 1계 교정을 통합하고, 모델 매개변수에 대한 1계 재규격화 그룹 방정식을 해결하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 파arton 쇼 진화를 어떻게 더 로렌츠 불변적으로 만들 수 있을까? 동시에 각도 순서를 유지하고 위상공간 커버리지를 향상시킬 수 있는가?
• RQ2 Herwig++의 새로운 하드론화 모델이 설정 가능한 붕괴 확률 분포를 통해 이소스핀 대칭성과 메손-바리온 비율을 더 효과적으로 강제할 수 있는가?
• RQ3 Effective 프로그램이 일반적인 N=1 초대칭 모델에서 효과적 잠재력과 질량 행렬의 1계 교정을 얼마나 자동으로 계산할 수 있는가?
• RQ4 새로운 Herwig++의 구현이 $e^+e^-$ 실험 데이터를 얼마나 잘 재현하는가? 특히 제트 다중성과 사건 형상과 같은 관측량에서 말이다.
• RQ5 Effective 프레임워크를 1계 재규격화 그룹 진화와 초대칭 모델에서의 정확한 질량 교정을 포함하도록 확장할 수 있는가?

주요 결과

• Herwig++의 새로운 진화 변수는 로렌츠 불변성과 위상공간 커버리지가 크게 향상되어, 파arton 쇼 시뮬레이션에서 물리적으로 비합리적인 왜곡을 줄였다.
• Herwig++의 새로운 하드론화 모델은 이전 모델보다 더 높은 제어성과 일관성을 바탕으로 이소스핀 대칭성과 메손-바리온 비율을 성공적으로 재현하였다.
• Herwig++는 LEP의 $e^+e^-$ 데이터와 비교하여 개선된 일치를 보였으며, 특히 하드론 다중성, 제트 다중성, 사건 형상 분포에서 뚜렷한 향상이 있었다.
• Effective 프로그램은 임의의 N=1 초대칭 모델에 대해 효과적 잠재력과 질량 행렬의 1계 교정을 정확히 계산하였고, 전체 재규격화 그룹 진화를 포함하였다.
• GiNaC 내에서 기호적 텐서 클래스를 구현함으로써, Effective 내에서 SU(3)의 구조 상수와 생성자를 안정적이고 확장 가능한 방식으로 계산할 수 있게 되었다.
• Effective의 Diagram 클래스는 필드와 결합을 지정함으로써 외부 상태에 대한 자동 순열을 포함한 자동 행렬 요소 평가를 가능하게 하였다.