[论文解读] CalcHEP 2.3: MSSM, structure functions, event generation, batchs, and generation of matrix elements for other packages

A. Pukhov|arXiv (Cornell University)|Dec 14, 2004

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 6被引用 245

一句话总结

本论文介绍了CalcHEP 2.3，这是一个用于高能物理的先进计算工具包，可自动完成费曼图计算、矩阵元生成和事件模拟。它引入了多项关键增强功能，包括MSSM和SUGRA模型支持、与PDFLIB及MRST/CTEQ结构函数的集成、批处理模式、PYTHIA事件生成，以及通过C代码导出实现与其他软件包的互操作性。

ABSTRACT

CalcHEP is a package for computation of Feynman diagrams and integration over multi-particle phase space. The main idea prescribed into CalcHEP is to make available passing on from Lagrangians to the final distributions effectively with a high level of automation. This article presents new options of CalcHEP available in version 2.3. They are a) MSSM model with different SUGRA scenarios, b) interface with PDFLIB and implementation of new MRST/CTEQ structure functions, c) realization of approach to structure functions for models with diagonal CKM, d) generation of events and interface with PYTHIA, e) calculations in non-interactive (batch) regime, f)generation of code of different matrix elements for other programs, g) many new interface facilities.

研究动机与目标

• 扩展CalcHEP的功能，以支持最小超对称标准模型（MSSM）和多种SUGRA情景。
• 实现与CERN的PDFLIB以及现代MRST/CTEQ组的parton分布函数（PDFs）的无缝集成。
• 支持非交互式（批处理）模式执行，以实现自动化和高吞吐量计算。
• 以优化的C代码形式生成并导出矩阵元，供其他模拟框架使用。
• 通过增强的界面功能（如多模式搜索、动态字段调整大小和基于文件的字段I/O）提升易用性。

提出的方法

• 为MSSM和SUGRA情景实现新的模型接口，集成RGE求解器，包括SuSpect v2.3。
• 集成外部PDF库（PDFLIB、CTEQ、MRST），以将矩阵元与parton分布函数和束流谱进行卷积。
• 增加对具有对角CKM矩阵的模型中结构函数的支持，以及对ISR/beamstrahlung效应的支持。
• 通过与PYTHIA接口，利用VEGAS蒙特卡洛相空间积分实现事件生成。
• 通过非交互式脚本引入批处理功能，实现符号和数值工作流的完全自动化。
• 生成可重用的C代码用于矩阵元，采用标准化命名（如_ext），并通过mkLibstat和mkLibldl命令实现静态和动态链接的库创建。

实验结果

研究问题

• RQ1 高级计算工具如何实现从拉格朗日模型到粒子物理中物理可观测量的自动化转换？
• RQ2 在符号与数值计算框架中，为支持MSSM和SUGRA模型，需要哪些功能增强？
• RQ3 如何高效地将parton分布函数和结构函数集成到矩阵元计算中？
• RQ4 在高能物理环境中，何种机制可实现复杂计算的自动化、非交互式执行？
• RQ5 如何以确保与PYTHIA等外部模拟软件包兼容的方式生成和导出矩阵元？

主要发现

• CalcHEP 2.3成功支持MSSM和多种SUGRA情景，通过SuSpect v2.3嵌入RGE演化计算。
• PDFLIB和MRST/CTEQ结构函数的集成，使得矩阵元能与parton分布和束流谱实现精确卷积。
• 批处理功能支持计算的完全自动化，包括符号生成、编译和数值执行。
• 矩阵元现可作为优化的C代码生成，采用标准化命名，支持通过dlopen动态加载，以及通过proclib_*.a库实现静态链接。
• 界面支持高级功能，如模型表中的多模式搜索、动态字段调整大小，以及基于文件的字段传输，以处理复杂的顶点相互作用。
• 系统可通过自动代码生成和链接实现运行时加载新矩阵元，如在micrOMEGAs项目中用于中性子残留密度计算的实例所示。