[论文解读] Computer Simulations of High Energy Physics

Philip J. Stephens|ArXiv.org|Aug 31, 2004

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 95被引用 3

一句话总结

本文介绍了 Herwig++ 和 Effective 两款用于高能物理现象学的 C++ 程序。Herwig++ 通过引入洛伦兹不变变量和一种新型强子化模型，改进了部分子喷注演化，更好地实现了同位旋对称性与介子-重子比；Effective 程序可计算 N=1 超对称模型的一阶微扰修正有效势、质量矩阵及跑动的微分方程。两款工具均通过 LEP 实验数据和理论一致性进行了验证。

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.

研究动机与目标

• 开发下一代事件生成器 Herwig++，通过改进部分子喷注演化中的洛伦兹不变性与相空间覆盖性。
• 在 Herwig++ 中实现一种新型强子化模型，可直观控制同位旋对称性与介子-重子比。
• 扩展 Effective 程序，以计算 N=1 超对称模型中有效势与质量矩阵的一阶微扰修正。
• 提供求解一阶微扰下跑动方程并生成超对称理论中与尺度相关的参数值的框架。
• 通过 LEP 的 $e^+e^-$ 数据验证 Herwig++，展示其与实验可观测量的改进一致性。

提出的方法

• 引入一组新的喷注演化变量，保持角度有序性的同时增强洛伦兹不变性与相空间覆盖性。
• 基于色流结构定义喷注演化的初始条件，特别针对末态-末态、初态-初态、初态-末态及衰变过程中的色连接。
• 在 Herwig++ 中开发一种新型强子化模型，通过重新加权集团衰变概率以强制实现期望的物理对称性与比值。
• 在 GiNaC 中实现张量类，用于处理 SU(3) 结构常数与生成元，以支持 Effective 中的符号计算。
• 在 Effective 中构建 Diagram 类，通过指定场与耦合关系自动计算矩阵元，并自动对所有外部状态进行排列。
• 集成有效势与质量矩阵的一阶微扰修正，并求解模型参数的一阶跑动方程。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在保持角度有序性与改善相空间覆盖性的前提下，使部分子喷注演化更加洛伦兹不变？
• RQ2 在 Herwig++ 中，新型强子化模型是否能通过可配置的衰变概率分布更有效地强制实现同位旋对称性与介子-重子比？
• RQ3 Effective 程序在通用 N=1 超对称模型中，能在多大程度上自动化计算有效势与质量矩阵的一阶微扰修正？
• RQ4 新版本 Herwig++ 在重现实验 $e^+e^-$ 事件数据方面表现如何，特别是在喷注多重性与事件形状等可观测量上？
• RQ5 Effective 框架能否扩展以包含超对称模型中的一阶跑动方程与正确的质量修正？

主要发现

• Herwig++ 中的新演化变量显著提升了洛伦兹不变性与相空间覆盖性，减少了部分子喷注模拟中的非物理畸变。
• Herwig++ 中的新强子化模型比以往模型更精确、更一致地再现了同位旋对称性与介子-重子比。
• Herwig++ 与 LEP 的 $e^+e^-$ 实验数据相比，表现出更优的一致性，尤其在强子多重性、喷注多重性与事件形状分布方面。
• Effective 程序能正确计算任意 N=1 超对称模型中有效势与质量矩阵的一阶微扰修正，包括完整的跑动方程。
• 在 GiNaC 中实现符号张量类，使得 SU(3) 结构常数与生成元的计算更加稳健且可扩展。
• Effective 中的 Diagram 类通过指定场与耦合关系，可自动完成矩阵元计算，并自动对所有外部状态进行排列。