[论文解读] Proposal for the validation of Monte Carlo implementations of the standard model effective field theory

Gauthier Durieux, Ilaria Brivio+39 more|arXiv (Cornell University)|Jun 28, 2019

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 30被引用 6

一句话总结

本文提出了一种标准化程序，通过在特定相空间点和参数点上对平方矩阵元进行数值比较，对标准模型有效场论（SMEFT）的蒙特卡洛实现进行交叉验证——分别针对SMEFT贡献及其与标准模型振幅的干涉项。该方法主要在树图层次确保不同实现之间的一致性，并通过BLHA约定为一阶微扰计算提供扩展框架。

ABSTRACT

We propose a procedure to cross-validate Monte Carlo implementations of the standard model effective field theory. It is based on the numerical comparison of squared amplitudes computed at specific phase-space and parameter points in pairs of implementations. Interactions are fully linearised in the effective field theory expansion. The squares of linear effective field theory amplitudes and their interference with standard-model contributions are compared separately. Such pairwise comparisons are primarily performed at tree level and a possible extension to the one-loop level is also briefly considered. We list the current standard model effective field theory implementations and the comparisons performed to date.

研究动机与目标

• 建立一种系统化、可复现的SMEFT蒙特卡洛实现验证程序。
• 解决由于拉格朗日量约定、算符定义和实现细节差异导致的不同SMEFT实现之间的不一致性。
• 确保矩阵元计算中的数值一致性，特别是SMEFT贡献及其与SM振幅干涉项的一致性。
• 提供一种支持树图层次和潜在一阶微扰层次比较的交叉验证框架。
• 促进高能物理领域内SMEFT预测的互操作性和可信度，尤其在LHC现象学中的应用。

提出的方法

• 在固定相空间点和参数点上，对成对SMEFT实现的平方矩阵元进行比较。
• 将SMEFT展开中的所有相互作用线性化，以确保对六维算符的一致处理。
• 分别比较：(1) 平方SMEFT振幅，(2) SMEFT与SM振幅之间的干涉项。
• 使用扩展了<weight_blha>头的Les Houches事件（LHE）格式，以编码符合BLHA2规范的一阶微扰信息，包括极点残差。
• 将结果以(PoleCoeff0, PoleCoeff1, PoleCoeff2)三元组形式存储在每个过程、相空间点和EFT阶次的<wgt>字段中。
• 利用现有工具如MadGraph5_aMC@NLO、Recola2以及基于FeynRules的UFO模型生成并比较振幅。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何系统性地验证不同SMEFT蒙特卡洛实现之间的数值一致性？
• RQ2 一种确保跨多种SMEFT实现达成一致性的交叉验证程序的最低要求是什么？
• RQ3 所提方法在多大程度上可从树图层次扩展到SMEFT的一阶微扰计算？
• RQ4 如何在不同实现之间可靠地比较SMEFT与SM振幅之间的干涉项？
• RQ5 标准化格式如扩展了BLHA的LHE在实现矩阵元交叉比较中起到什么作用？

主要发现

• 所提出的验证程序成功识别并解决了SMEFT矩阵元实现中的差异，特别是在顶夸克和规范玻色子相互作用方面。
• 使用自定义MadGraph插件对dim6top、SMEFTsim和SMEFT@NLO模型的比较显示，其结果在机器精度范围内完全一致。
• Recola2与SMEFTsim_A_U35_MwScheme_UFO_v2_1模型在纯规范和标量算符上的交叉检查中，干涉项仅显示数值零，证实了实现的一致性。
• 通过BLHA2兼容的<weight_blha>头，一阶微扰层次的扩展是可行的，极点残差以(PoleCoeff0, PoleCoeff1, PoleCoeff2)三元组形式存储在LHE文件中。
• 该方法可在未来扩展中实现对平方螺旋度振幅的可靠比较，从而提升SMEFT现象学的精度。
• 该框架已成功应用于验证两到三粒子过程，如$gg \to t\bar{t}h$和$q\bar{q} \to q\bar{q}g/\gamma/Z/W/h$，展示了其广泛适用性。