[论文解读] Numerical evaluation of multi-gluon amplitudes for High Energy Factorization

Marcin Bury, A. van Hameren|arXiv (Cornell University)|Mar 30, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 24被引用 12

一句话总结

本论文提出了一种数值程序，用于计算最多包含两个非物理胶子的树幅多胶子散射振幅，采用解析与数值的BCFW递推方法。该程序可计算最多六个外部胶子的色序与手征态求和后的平方振幅，并通过独立的Dyson-Schwinger递推实现进行了验证，适用于强子对撞机唯象学中的高能因子化（HEF）应用。

ABSTRACT

We present a program to evaluate tree-level multi-gluon amplitudes with up to two of them off-shell. Furthermore, it evaluates squared amplitudes summed over colors and helicities for up to six external gluons. It employs both analytic expressions, obtained via BCFW recursion, and numerical BCFW recursion. It has been validated numerically with the help of an independent program employing numerical Dyson-Schwinger recursion.

研究动机与目标

• 开发一种数值工具，用于计算包含非物理初态部分子的多胶子振幅，这对于QCD中的高能因子化（HEF）至关重要。
• 实现最多六个外部胶子的色序与手征态求和后平方振幅的自动化计算。
• 对高多重性情况实现基于BCFW递推的解析表达式与数值BCFW递推。
• 通过基于数值Dyson-Schwinger递推的独立实现对结果进行验证。
• 通过提供针对非物理初态的可靠振幅计算框架，支持对强子对撞机唯象学中高精度计算的支持。

提出的方法

• 程序使用扩展至包含非物理胶子的广义BCFW递推关系，计算色序手征态振幅。
• 对于最多五个外部胶子的情况，使用基于BCFW递推推导出的硬编码解析表达式。
• 对于更高多重性的情况，采用数值BCFW递推计算色序振幅。
• 通过对手征态与色荷所有配置求和来计算平方振幅，结果提供至最多六个外部胶子。
• 程序由模块化Fortran子程序构成，包括amp4hef_ng_xpr.f90用于数值计算，以及amp4hef_ons_xpr.f90用于解析表达式与归一化检查。
• 通过AVHLIB（一个基于数值Dyson-Schwinger递推的独立库）进行验证，比较色序振幅与最终平方振幅。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何高效且准确地计算最多包含两个非物理胶子的树幅多胶子振幅，以适用于高多重性过程？
• RQ2 数值BCFW递推在生成超过五个外部胶子的色序振幅时，其性能与可靠性如何？
• RQ3 基于BCFW递推推导出的解析表达式，在最多五个外部胶子且初态为非物理情况下，其可信度如何？
• RQ4 计算得到的、色荷与手征态求和后的平方振幅，与基于Dyson-Schwinger递推的独立方法结果的一致性如何？
• RQ5 该程序能否作为自动化因子化截面计算中可靠组件，用于涉及非物理初态部分子的强子对撞过程？

主要发现

• 该程序成功使用解析BCFW表达式计算了最多五个外部胶子的色序手征态振幅，提供了明确示例，如(1*,2*,3-,4-,5+)的振幅。
• 对于更高多重性，数值BCFW递推可实现任意数量外部胶子的色序振幅计算，平方振幅在色荷与手征态求和后提供至最多六个外部胶子。
• 该程序计算的平方振幅结果通过基于数值Dyson-Schwinger递推的独立实现进行了验证，确认了数值精度。
• 验证涵盖色序振幅与最终平方振幅，确保了振幅计算流程中所有组件的一致性。
• 程序通过在输出中引入√|k²|因子，考虑了非物理初态胶子的影响，校正了初态动量非光样的特性。
• 实现具有模块化结构，可通过Fortran子程序访问，为蒙特卡洛模拟中的事件生成与振幅计算提供了清晰接口。