[论文解读] 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 322

一句话总结

ISAJET 7.37 是一个用于高能 $pp$、$\bar{p}p$ 和 $e^+e^-$ 碰撞的蒙特卡罗事件生成器，实现了微扰量子色动力学（QCD）、QCD 辐射修正、部分子强子化以及束流喷注建模。它支持包括 QCD、Drell-Yan、W 玻色子对、希格斯粒子、超对称（SUSY）和全息色动力学在内的硬散射过程，通过 ISASUSY 模块实现 MSSM 的完整衰变链模拟，从而支持对强子和 $e^+e^-$ 对撞机上新物理现象的详细现象学研究。

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.

研究动机与目标

• 为模拟多种能量区间的高能强子和 $e^+e^-$ 碰撞提供一个全面的蒙特卡罗事件生成器。
• 整合微扰 QCD 截面和初态与末态的对数领先阶 QCD 辐射修正。
• 使用最小偏差数据的拟合方法，对部分子强子化为强子及束流喷注贡献进行建模。
• 通过 ISASUSY 模块实现对最小超对称标准模型（MSSM）中超对称粒子产生与衰变链的详细模拟。
• 支持极化束流的 $e^+e^-$ 过程，提供 SM 和 SUSY 粒子的截面，涵盖 MSSM 和 SUGRA 模型中的标夸克、标轻子、胶微子及希格斯玻色子。

提出的方法

• 使用部分子分布函数（如 CTEQ3L、EHLQ、Duke-Owens）和 $Q^2$ 依赖的结构函数，基于 QCD 截面生成主要的硬散射事件。
• 使用微扰 QCD 演化方法，在对数领先近似下对初态和末态应用 QCD 辐射修正。
• 使用独立的强子化模型模拟部分子向强子的强子化，将寿命低于 $10^{-12}$ 秒的过程视为即时衰变。
• 将束流喷注建模为剩余能量下的最小偏差事件，确保总截面的一致性。
• 集成 ISASUSY 模块以计算 MSSM 粒子的分支比，包括级联衰变和 R-奇偶性守恒模式。
• 通过为 SM 和 SUSY 粒子提供专用截面，支持 $e^+e^-$ 过程，包含极化束流选项以及通过 RGE 方法参数化的 SUGRA 模型。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何构建一个统一的蒙特卡罗框架，以在 $pp$、$\bar{p}p$ 和 $e^+e^-$ 对撞机上一致地模拟多种高能过程，同时保持 QCD 和电弱动力学的一致性？
• RQ2 完整级联衰变和 ISASUSY 分支比的引入对超对称粒子信号的现象学特性有何影响？
• RQ3 当与二喷注事件结合时，束流喷注建模在多大程度上能准确再现总非弹性截面？
• RQ4 包含极化 $e^+e^-$ 束流在多大程度上提升了对超对称粒子产生和自旋关联的探测灵敏度？
• RQ5 SUGRA 参数约束（如 $m_0$、$m_{1/2}$、$A_0$、$\tan\beta$、$\text{sgn}(\mu)$）如何影响预测的谱结构和衰变模式？

主要发现

• ISAJET 7.37 支持广泛的硬散射过程，包括 QCD、Drell-Yan、W 玻色子对、希格斯粒子、SUSY 和全息色动力学，对 W 玻色子衰变实现了完整的矩阵元计算。
• 通过引入 ISASUSY，能够准确模拟 MSSM 衰变链，包括级联衰变，其分支比由模型参数空间导出。
• SUGRA 模型的实现通过使用龙格-库塔积分法迭代求解规范运行方程，并正确处理阈值，将参数空间简化为四个关键输入。
• 支持极化 $e^+e^-$ 过程，为标夸克、标轻子、胶微子和希格斯玻色子提供专用截面，显著提升了对 SUSY 信号的探测灵敏度。
• 生成器正确模拟了 $g + t \to g + t$ 和 $g + g \to t + \bar{t}$ 过程，完整包含了顶夸克质量效应，这对顶物理研究至关重要。
• 在 7.13 版及以后版本中，修复了与束流喷注生成、胶微子衰变以及 $\tilde{g} \to \tilde{q}\bar{q}$ 分支比相关的多个错误，显著提升了可靠性。