[论文解读] FPMC: a generator for forward physics

M. Boonekamp, A. Dechambre+5 more|arXiv (Cornell University)|Feb 12, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 24被引用 31

一句话总结

FPMC 是基于 HERWIG 6.500 构建的蒙特卡洛生成器，用于模拟质子-（反）质子碰撞中带有一个或两个完整初态质子的中心区域粒子产生，通过胶色 singlet 交换（如 pomeron、胶子或光子交换）实现独显和含显的 diffractive 过程。它利用一致的强子化和重加权技术，能够对 LHC 上的 Higgs、双玻色子、双喷注和轻子对产生做出预测。

ABSTRACT

We present the Forward Physics Monte Carlo (FPMC) designed to simulated central particle production with one or two leading intact protons and some hard scale in the event. The underlying interaction between protons or anti-protons through singlet exchange can manifest itself in many forms. The following production mechanisms are implemented: single diffractive dissociation, double pomeron exchange, and exclusive production due to two-gluon or two-photon exchanges. With increasing beam center-of-mass-energies, the production of new final states become possible at the LHC. The aim of FPMC is to implement these processes in one common framework.

研究动机与目标

• 为 LHC 上质子-质子碰撞中带有完整初态质子的中心区域粒子产生提供统一的模拟框架。
• 实现多种胶色 singlet 交换机制——单 diffractive 分解、双 pomeron 交换以及通过双胶子或双光子交换的独显产生。
• 支持独显和含显的 diffractive 过程，使用一致的部分子分布函数和强子化模型。
• 实现理论模型（如 KMR、CHIDe 和有效不透明度修正）在独显 Higgs 和双喷注产生中的比较。
• 扩展现有 HERWIG 功能，以正确建模前向物理过程的运动学和通量。

提出的方法

• 以 HERWIG 6.500 框架为基础，通过重加权技术模拟胶色 singlet 交换，而非标准部分子散射。
• 通过 NFLUX 参数实现 pomeron 和 reggeon 通量，支持 QCD（如 KMR 模型）和 QED（如 Cahn-Jackson、Drees、Papageorgiou）通量。
• 使用 diffractive 结构函数替代标准质子 PDF，采用 HERWIG 的过程编号方案并设置偏移（如 IPROC ≥ 10000），以抑制底事件贡献。
• 通过 ISOFTM 实现再散射修正，选项包括恒定抑制（LHC 能量下为 0.03）、KMR 低质量 diffractive 模型和有效不透明度模型。
• 对硬散射过程（如 $q\bar{q} \to Z/\gamma \to l\bar{l}$、$W^\pm$ 产生）使用相同的 HERWIG 矩阵元，但针对 diffractive 运动学进行重加权。
• 通过 TYPEPR（独显/含显）和 TYPINC（QCD/QED）参数实现过程特定的控制，以选择交换类型和事件拓扑。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何构建一个统一的蒙特卡洛框架，以模拟质子-质子碰撞中带有完整初态质子的独显和含显 diffractive 过程？
• RQ2 在 LHC 上，QCD 和 QED 机制（如双胶子与双光子交换）对独显 Higgs 和双玻色子产生的相对贡献如何？
• RQ3 再散射修正（如有效不透明度或 KMR 模型）如何影响 diffractively 产生粒子的运动学分布？
• RQ4 在保持一致强子化的同时，现有 HERWIG 过程在多大程度上可被适配以模拟带有完整初态质子的 diffractive 事件？
• RQ5 FPMC 是否能为测试多种理论模型（如 KMR 与 CHIDe）在独显 Higgs 和双喷注产生中的表现，提供一致且可比较的平台？

主要发现

• FPMC 成功实现了 11300–11700 和 12200 的过程代码，用于独显和含显 diffractive 过程，包括 $Z/\gamma$、$W^\pm$、喷注对和双光子产生。
• 该生成器支持多种 pomeron 通量模型（NFLUX = 9–16），包括 H1 拟合（IFIT = 101, 100）和来自 Cahn-Jackson、Drees、Papageorgiou 的 QED 通量。
• 通过 ISOFTM 实现再散射修正，LHC 能量下抑制因子约为 0.03，与实验测量结果一致。
• KMR 低质量 diffractive 模型和有效不透明度模型均可使用，并可在同一框架内直接比较。
• 可使用 KMR 和 CHIDe 模型模拟独显 Higgs 和双喷注产生，为未来 LHC 分析中的模型比较提供支持。
• 该框架可一致模拟双光子独显过程，对探测规范玻色子自耦合异常及标准模型之外的新物理至关重要。