[论文解读] New developments in the Whizard event generator

Jürgen Reuter, Pia Bredt+8 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2024

Scientific Computing and Data Management被引用 1

一句话总结

本文介绍了 Whizard 事件生成器的重大进展，包括通过 SMEFT 实现标准模型与新物理（BSM）过程的 NLO 电弱自动化、圈图修正过程，以及增强的 UFO 接口支持。关键进展包括 NLL QED PDF、矩阵元与蒙特卡洛积分的 GPU 加速，以及电弱 PDF 和专属顶夸克阈值模拟的基础设施建设，预计将于 2025 年年中前完成完整的 NLO 电弱结果。

ABSTRACT

We give a status report on new developments within the Whizard event generator. Important new features comprise NLO electroweak automation (incl. extension to BSM processes like SMEFT), loop-induced processes and new developments in the UFO interface. We highlight work in progress and further plans, such as the implementation of electroweak PDFs, photon radiation, the exclusive top threshold and features for exotic new physics searches.

研究动机与目标

• 将 Whizard 的 NLO 电弱自动化扩展至包含有质量与无质量费米子，通过 SMEFT 实现对新物理模型的完整支持。
• 实现并稳定 NLL QED PDF，以准确描述轻子对撞机过程中的光子辐射。
• 实现矩阵元计算与蒙特卡洛积分的 GPU 加速，以提升性能。
• 开发电弱 PDF 与专属顶夸克阈值模拟的基础设施，匹配 NLO QCD 与 NRQCD 修正。
• 通过原生支持 EDM4HEP 与更新 Pythia8 和 GoSam 的接口，现代化 Whizard 框架。

提出的方法

• 使用 O’Mega 矩阵元生成器，结合广义色张量表示法（包括 epsilon 张量、六重态、十重态等），用于奇异 QCD 表示。
• 采用自适应多通道蒙特卡洛积分（VAMP），结合针对共振态与多外围过程优化的相空间参数化。
• 引入对共振态敏感的 FKS 减法方案，用于 NLO QCD 与电弱修正，实现多粒子末态的稳定计算。
• 利用 CUDA 实现 O’Mega 矩阵元与 VAMP 积分例程的 GPU 卸载，目前正在进行剪裁表达式与聚类逻辑的移植工作。
• 开发读取与 DGLAP 演化电弱 PDF 的基础设施，来自类似 LHAPDF 的网格，实现电弱辐射的因子化描述。
• 使用 CIRCE2 软件包模拟轻子对撞机的现实束流谱，涵盖 ILC、CLIC、CEPC、C3，以及未来 FCC-ee 和缪子对撞机选项。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在 Whizard 中系统性地自动化标准模型与新物理过程（包括 SMEFT）的 NLO 电弱修正？
• RQ2 NLL QED PDF 对 NLO 电弱截面在 z → 1 附近区域的数值稳定性与准确性有何影响？
• RQ3 GPU 加速在多大程度上可提升 Whizard 中矩阵元与蒙特卡洛积分的性能？
• RQ4 如何以 DGLAP 一致性方式实现电弱 PDF，以支持光子辐射的因子化描述？
• RQ5 Whizard 的矩阵元与事件生成框架在支持奇异色表示（如六重态、十重态）方面有何需求？

主要发现

• 无质量费米子的 NLO 电弱修正接近完成，完整 NLO 电弱结果预计数月内实现。
• 已实现并数值稳定了 NLL QED PDF，尤其在 z → 1 奇点附近，可实现精确的光子辐射建模。
• 已成功演示 O’Mega 矩阵元与 VAMP 积分例程的 GPU 移植，在简单相空间配置下性能主要受限于矩阵元计算。
• Whizard 框架现已支持匹配 NLO QCD 与 NRQCD NLL 修正的专属顶夸克阈值模拟。
• UFO2 接口已增强以支持新物理模型，完整支持 SMEFT 及其他有效场论中的 NLO QCD 修正。
• 电弱 PDF 基础设施已建立，支持来自类似 LHAPDF 源的网格插值与 DGLAP 演化，首批可靠结果预计于 2025 年年中发布。