[论文解读] Sarah

Florian Staub|arXiv (Cornell University)|Jun 3, 2008

Dark Matter and Cosmic Phenomena被引用 4

一句话总结

SARAH 是一个基于 Mathematica 的工具，用于超对称粒子物理中的自动模型构建，使用户能够定义、计算并导出拉格朗日量、跑动方程、圈修正以及适用于各种高能物理软件的模型文件。其主要贡献在于通过自动化代数计算，简化了复杂超对称模型（包括 MSSM、NMSSM 和 seesaw 模型等扩展）的构建过程，并生成 SPheno、FeynArts、CalcHep 和 UFO 格式等工具所需的输出。

ABSTRACT

SARAH is a Mathematica package for building and analyzing supersymmetric models. SARAH just needs the gauge structure, particle content and superpotential to produce all information about the gauge eigenstates of a model. Breaking of gauge symmetries and mixings of particles can easily be in a second step and entire Lagrangian is derived automatically. Also the gauge fixing terms are derived by SARAH in R_Xi gauge, and the corresponding ghost interactions are calculated. Using this information, SARAH can calculate the all mass matrices, tadpole equations and vertices at tree-level for the given model. In addition, the expressions for the 1- and 2-loop renormalization group equations of all parameters can be calculated and an automatic calculation for the 1-loop corrections to self energies and the tadpoles are possible. SARAH can write all information about the model to LaTeX files, or create a model files for FeynArts/FormCalc, WHIZARD/OMEGA and CalcHep/CompHep, which can also be used for dark matter studies using MicrOmegas, and in the UFO format which is supported by MadGraph 5. Beginning with version 3, SARAH is also the first available spectrum-generator-generator: based on the derived, analytical expression it creates source code for SPheno to calculate the mass spectrum as well the SUSY decays with high precision. In that way, it is possible to implement new models in SPheno without the need to write any Fortran code by hand. Already many models beyond the MSSM are included in the public version of SARAH and the implementation of new models is easy and straightforward.

研究动机与目标

• 提供一个全面的自动化工具，用于构建和分析最小超对称标准模型（MSSM）之外的超对称模型。
• 减少手动计算复杂场论量（如顶点、自能和跑动方程（RGEs））所需的工作量。
• 实现与 SPheno、MadGraph、FeynArts、CalcHep 和 WHIZARD 等主要模拟与计算工具的无缝集成。
• 支持广泛的模型扩展，包括味破坏、CP 破坏、R-奇偶性破坏以及 seesaw 类型模型。
• 通过自动生成输出，促进具有多重 U(1) 对称性、狄拉克 gaugino 和高能尺度物理的模型研究。

提出的方法

• 用户通过结构化的模型文件定义模型，指定粒子内容、超势、规范群和相互作用。
• SARAH 使用代数场论技术自动计算质量矩阵、 tadpole 方程和真空期望值（VEVs）。
• 它使用超多重分量形式主义从拉格朗日量推导出所有顶点，并实现厄米和非厄米混合矩阵。
• 该工具计算费米子、标量和规范玻色子自能的一阶圈修正。
• SARAH 以多种格式生成模型文件：SPheno、UFO、FeynArts/FormCalc、CalcHep/CompHep、WHIZARD 和 LaTeX 输出。
• 它支持高级功能，如积分掉重粒子、定义狄拉克旋量，以及处理规范固定项和鬼场相互作用。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何自动化复杂超对称模型的构建，以减少人为错误和工作量？
• RQ2 如何最有效地为 SPheno、MadGraph 和 FeynArts 等多样化高能物理工具生成一致的模型文件？
• RQ3 如何系统地计算并输出任意超对称模型的跑动方程和圈修正？
• RQ4 在一致且可扩展的框架中，定义包含味混合、CP 破坏或扩展规范对称性的模型的最低要求是什么？
• RQ5 自动化模型生成在不同模型类型（如 MSSM、NMSSM 或 seesaw 模型）中的性能扩展特性如何？

主要发现

• SARAH 顺利实现了对包括 MSSM、NMSSM 和 B-L-SSM 在内的模型的完整拉格朗日量、质量矩阵和 tadpole 方程的自动化推导。
• 该工具为 SPheno 生成了准确且一致的输出，包括 RGE、分支比、圈修正和质量谱，其计算时间在 Mathematica 5.2 中从约 10 秒（MSSM）到超过 4,000 秒（复杂 seesaw 模型）不等。
• SARAH 支持自动计算费米子、标量和规范玻色子自能的一阶圈修正，并通过文献中已知结果进行了验证。
• UFO 输出格式生成正确，可直接用于 MadGraph 和其他蒙特卡洛生成器。
• 该工具能够处理复杂模型特性，如狄拉克 gaugino、多重 U(1) 对称性和 R-奇偶性破坏，对 MRSSM 和 muνSSM 等模型提供专门支持。
• 验证检查确认其与文献中已确立的 RGE、自能和顶点结构结果一致，详见参考文献 [65–69]。