[論文レビュー] ISAJET 7.37: A Monte Carlo Event Generator for $pp$, $\bar pp$, and $e^+e^-$ Interactions

Howard Baer, F. Paige+2 more|ArXiv.org|Apr 17, 1998

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 322

ひとこと要約

ISAJET 7.37 は、高エネルギー $pp$、$\bar{p}p$、および $e^+e^-$ 衝突を対象としたモンテカルロイベントジェネレータであり、摂動的 QCD、QCD 細分化補正、パートンフラグメンテーション、ビームジェットモデルを実装している。QCD、Drell-Yan、W ピア、ヒッグス、SUSY、テクニカラーを含むハード散乱過程をサポートし、MSSM のための ISASUSY を通じた完全な崩壊チェーンシミュレーションを可能にし、ハドロン加速器および $e^+e^-$ 加速器における新しい物理の詳細な臨床的解析を可能にする。

ABSTRACT

ISAJET is a Monte Carlo event generator for $pp$, $\bar pp$, and $e^+e^-$ interactions at high energies. This document summarizes the physics underlying the program and describes how to use it.

研究の動機と目的

• 複数のエネルギー領域にわたるハドロンおよび $e^+e^-$ 衝突の包括的なモンテカルロイベントジェネレータを提供すること。
• 摂動的 QCD 截面および初期状態・最終状態における対数的最高次項 QCD 細分化補正を組み込むこと。
• 最小バイアスデータへの現象論的チューニングを用いて、パートンのハドロンフラグメンテーションおよびビームジェット寄与をモデル化すること。
• 最小超対称標準模型 (MSSM) のための ISASUSY モジュールを介して、超対称粒子生成および崩壊チェーンの詳細なシミュレーションを可能にすること。
• 偏光ビームおよび SUGRA パラメータ化を用いた RGE を介して、SM および SUSY 粒子のクロスセクションを含む $e^+e^-$ プロセスをサポートすること。

提案手法

• 部分子分布関数 (例：CTEQ3L、EHLQ、Duke-Owens) および $Q^2$ 依存構造関数を用いた QCD 截面に基づく一次ハード散乱イベントの生成。
• 摂動的 QCD 帯域の進化を用いて、初期状態および最終状態における対数的最高次項近似による QCD 細分化補正の適用。
• 独立したフラグメンテーションモデルを用いてパートンのハドロンフラグメンテーションをシミュレートし、寿命が $10^{-12}$ s 未満のものは即時崩壊として扱う。
• 残りエネルギーにおける最小バイアスイベントとしてビームジェットをモデル化し、全断面積の一貫性を保証する。
• ISASUSY を統合して、MSSM 粒子の分岐比（崩壊分岐比）を計算し、キャスケード崩壊および R-パリティ保存モードを含む。
• SM および SUSY 粒子のための専用クロスセクション、偏光ビームオプション、RGE を介した SUGRA パラメータ化を用いて $e^+e^-$ プロセスをサポートする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 統一されたモンテカルロフレームワークは、$pp$、$\bar{p}p$、$e^+e^-$ 加速器における多様な高エネルギープロセスを、QCD および電弱力学的一致性を保ちながらどのようにシミュレートできるか？
• RQ2 完全なキャスケード崩壊および ISASUSY 分岐比の組み込みが、超対称粒子シグナルの臨床的解析に与える影響は何か？
• RQ3 2ジェットイベントと組み合わせたビームジェットモデルは、全非弾性断面積をどの程度正確に再現できるか？
• RQ4 偏光 $e^+e^-$ ビームの組み込みが、SUSY 粒子生成およびスピン相関の感度をどの程度向上させるか？
• RQ5 SUGRA パラメータ制約（例：$m_0$、$m_{1/2}$、$A_0$、$\tan\beta$、$\text{sgn}(\mu)$）が予測されるスペクトルおよび崩壊パターンに与える影響は何か？

主な発見

• ISAJET 7.37 は、QCD、Drell-Yan、W ピア、ヒッグス、SUSY、テクニカラーを含む広範なハード散乱プロセスをサポートしており、W の崩壊に対する完全な行列要素計算が可能である。
• ISASUSY の組み込みにより、MSSM の崩壊チェーン（キャスケード崩壊を含む）の正確なシミュレーションが可能となり、モデルのパラメータ空間から導かれる分岐比が使用される。
• SUGRA モデルの実装により、正しい臨界点を伴うルンゲ・クッタ統合を用いた反復的 RGE 解法が可能となり、パラメータ空間が4つの主要な入力に簡略化される。
• スクアーキューブル、スレプトン、ガウジノ、ヒッグスボソンのための専用クロスセクションを備えた偏光 $e^+e^-$ プロセスがサポートされており、SUSY シグナルへの感度が向上する。
• 全トップクォーク質量効果を含む $g + t \to g + t$ および $g + g \to t + \bar{t}$ プロセスが正しくモデル化されており、トップ物理学にとって重要である。
• バージョン 7.13 以降で、ビームジェット生成、グルーギノ崩壊、および $\tilde{g} \to \tilde{q}\bar{q}$ 分岐比に関する複数のバグが修正され、信頼性が向上した。