[论文解读] KaTie: for parton-level event generation with k_T-dependent initial states

A. van Hameren|arXiv (Cornell University)|Nov 2, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 21

一句话总结

KaTie 是一个部分子级事件生成器，支持使用非本征矩阵元和相空间重要性采样，生成具有横动量依赖（kT依赖）初始态部分子的蒙特卡洛事件。它以 Les Houches 事件文件（LHEF）格式或自定义格式生成加权事件，支持至多四个终态粒子的任意标准模型过程及多部分子散射，通过 TMDlib 或插值网格与 TMDPDF 完全兼容。

ABSTRACT

KaTie is a parton-level event generator for hadron scattering processes that can deal with partonic initial-state momenta with an explicit transverse momentum dependence causing them to be space-like. Provided with the necessary transverse momentum dependent parton density functions, it calculates the off-shell matrix elements and performs the phase space importance sampling to produce weighted events, for example in the Les Houches Event File format. It can deal with arbitrary processes within the Standard Model, for up to four final-state particles and beyond. Furthermore, it can produce events for single-parton scattering as well as for multi-parton scattering.

研究动机与目标

• 为涉及部分子级事件生成且初始态部分子具有非共线性、kT 依赖性的现象学研究，提供一个实用且用户友好的环境。
• 克服标准事件生成器假设共线性因子化的局限，实现具有横动量依赖初始态动量的树幅计算。
• 在标准模型范围内，支持至多四个终态粒子的单部分子散射和多部分子散射过程。
• 与 avhlib 等现有工具高效集成以获取矩阵元，与 TMDlib 集成以处理 TMDPDF，实现高精度现象学研究。
• 提供从过程定义到直方图生成的完整工作流，包括事件文件创建和可观测量分布工具。

提出的方法

• 在相空间中使用重要性采样，基于具有 kT 依赖初始态的非本征矩阵元，高效生成加权事件。
• 通过超矩形网格插值或 TMDlib 直接访问，实现对横动量依赖部分子分布函数（TMDPDF）的插值处理。
• 通过 avhlib 中的自动化实现，显式计算具有非本征初始态部分子的树幅矩阵元，保持规范不变性。
• 支持以 Les Houches 事件文件（LHEF）格式或用于直方图生成的自定义格式输出事件，支持用户定义的可观测量。
• 与 LHAPDF 集成以处理共线性 PDF，并提供基于 Fortran 的事件读取器和直方图工具，用于后续处理。
• 通过在自定义格式中生成带有对应权重的重复事件块，支持多部分子相互作用（MPI）研究。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否开发一个部分子级事件生成器，支持 kT 依赖初始态部分子，同时在非本征矩阵元中保持规范不变性？
• RQ2 对于至多四个终态粒子且具有非共线性初始态的任意树幅过程，如何实现高效的相空间采样？
• RQ3 在实用的事件生成框架中，通过插值网格还是直接库访问方式集成 TMDPDF 最为有效？
• RQ4 能否构建一个统一环境，同时支持 LHEF 输出和针对任意可观测量的自定义直方图生成？
• RQ5 如何一致地建模并以适合现象学分析的格式输出多部分子散射过程？

主要发现

• KaTie 能够成功为标准模型中至多四个终态粒子且具有 kT 依赖初始态的部分子级事件生成加权事件。
• 该程序支持单部分子散射和多部分子散射，事件文件可输出为 LHEF 格式或用于直方图处理的自定义格式。
• 通过超矩形网格插值或与 TMDlib 的直接集成，支持 TMDPDF 的使用，确保与现代 TMD 演化方案兼容。
• 事件生成工作流通过单一输入文件完全自动化，可指定过程、PDF、截断条件、模型参数和优化设置。
• 提供专用的基于 Fortran 的事件读取器和直方图工具，允许用户从事件文件中生成任意可观测量的一维和二维分布。
• 通过利用 avhlib 中的自动化实现，确保了非本征矩阵元中规范不变性的保持，从而保证物理一致性。