[论文解读] GRAPE-Dilepton (Version 1.1) A generator for dilepton production in ep collisions

K. Abe|arXiv (Cornell University)|Dec 4, 2000

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 10被引用 66

一句话总结

GRAPE-Dilepton (v1.1) 是一种蒙特卡罗事件生成器，用于使用精确的树图级电弱矩阵元，对 ep 碰撞中的双轻子产生过程进行精确模拟。它包含了 γγ、γZ⁰、Z⁰Z⁰ 和内部转换过程，考虑了 Z⁰ 在壳/离壳产生，并在 e±e± 最终态中实现了完整的干涉效应，同时通过与 PYTHIA 和 SOPHIA 的接口，支持完整的强子最终态。

ABSTRACT

Abstract GRAPE-Dilepton is a Monte Carlo event generator for dilepton production in ep collisions. The cross-section calculation is based on the exact matrix elements in the electroweak theory at tree level. The dilepton productions via γγ, γZ^0 , Z^0 Z^0collisions and via photon internal conversion are taken into account. In addition, the effects of the Z^0on/off-shell production are also included. The relevant Feynman amplitudes are generated by the automatic calculation system GRACE. The calcul... Title of program: GRAPE-Dilepton (v1.1) Catalogue Id: ADNR_v1_0 Nature of problem A precise estimation of the cross-section of the electroweak dilepton production in ep collisions is required in various physics analyses, where 8~48 Feynman diagrams can contribute. Versions of this program held in the CPC repository in Mendeley Data ADNR_v1_0; GRAPE-Dilepton (v1.1); 10.1016/S0010-4655(00)00246-0 This program has been imported from the CPC Program Library held at Queen's University Belfast (1969-2019)

研究动机与目标

• 提供一种超越两光子 Bethe-Heitler 近似的、用于 ep 碰撞中双轻子产生过程的精确蒙特卡罗生成器。
• 包含所有相关的电弱过程：γγ、γZ⁰、Z⁰Z⁰ 和内部转换（CO）图。
• 在 e±e± 最终态中考虑干涉效应，而这类效应在 LPAIR 和 EPVEC 等先前的生成器中缺失。
• 通过弹性、准弹性及深度非弹性散射（DIS）通道，覆盖质子顶点的完整动量空间区域。
• 实现初始态辐射（ISR）和最终态辐射（FSR）的精确模拟，并通过与 PYTHIA 和 SOPHIA 的接口，实现完整的事件生成。

提出的方法

• 使用 GRACE 自动振幅计算系统，生成所有相关电弱图的精确树图级螺旋度振幅。
• 将质子顶点的动力学划分为三个区域：弹性（Mhad = Mp）、准弹性（Q²p < Q²min 或 Mp + Mπ⁰ < Mhad < Mcut）和 DIS（Q²p > Q²min 且 Mhad > Mcut）。
• 在弹性过程中应用二极形式因子，在准弹性过程中使用参数化的强子张量（Mhad < 2 GeV 时采用 Brasse 等人的形式，Mhad > 2 GeV 时采用 ALLM97 形式）。
• 在 DIS 中使用 PDFLIB 和 QCD 标度 Q²p 来获取部分子密度，并使用 PYTHIA 处理质子残余和强子化过程。
• 通过结构函数和部分子喷注方法实现 ISR 和 FSR。
• 通过输入卡片支持用户自定义截断，包括双轻子质量、末态轻子动量以及类似探测器的接受度。

实验结果

研究问题

• RQ1 与主导的两光子过程相比，γZ⁰ 和 Z⁰Z⁰ 贡献如何影响 ep 碰撞中的双轻子截面？
• RQ2 在低不变质量区域，内部转换（CO）图对双轻子产生有何影响？
• RQ3 在 e±e± 末态中的干涉效应如何影响总截面和动量分布？
• RQ4 在高质区，Z⁰ 在壳与离壳产生贡献有多大？
• RQ5 能否通过一致的矩阵元和强子最终态，准确建模质子顶点的完整动量空间区域（弹性、准弹性、DIS）？

主要发现

• 该生成器包含了双轻子产生过程的所有树图级电弱图，包括 γγ、γZ⁰、Z⁰Z⁰ 和内部转换，且在 e±e± 末态中实现了完整的干涉效应。
• Z⁰ 在壳/离壳产生被准确建模，在高质区有显著贡献。
• 弹性质子顶点使用二极形式因子 GpE(Q²p) = (1 + Q²p/0.71 GeV²)⁻²，确保了低 Q²p 区域的精确行为。
• 在准弹性过程中，强子张量基于实验测量的 γ*p 截面数据，采用 Brasse 等人（Mhad < 2 GeV）和 ALLM97（Mhad > 2 GeV）的参数化形式。
• DIS 区域通过 PDFLIB 和 PYTHIA 模拟，适用于 u ≳ 25 GeV² 的情况，其中 u 为 u 通道夸克的虚拟度。
• 事件生成速度约为每事件 1 毫秒，截面积分耗时约 1 小时，支持高效的高精度研究。