[论文解读] The SysCalc code: A tool to derive theoretical systematic uncertainties

A. Kalogeropoulos, Johan Alwall|arXiv (Cornell University)|Jan 25, 2018

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 6被引用 49

一句话总结

SysCalc 从一个中心的 MC 样本推导理论系统误差的权重（尺度、PDF），避免额外的 MC 生成并保持统计功效。

ABSTRACT

Undisputedly, derivation of theoretical systematic uncertainties is an inseparable ingredient of any robust analysis dealing with experimental data. However, it is not uncommon, even for those analyses that use state of the art methods and tools to suffer from insufficient statistics when it comes to the simulated datasets used to estimate systematic uncertainties. This practically limits the power, and sometimes the robustness of the analysis. In this paper, we present SysCalc, a code which is able to derive weights for various important theoretical systematic uncertainties, including those related to the choice of the Parton Distribution Function sets and the various scale choices. SysCalc utilizes the central sample generated events to estimate the related systematic uncertainties, thus, omitting the need for generating dedicated systematics datasets, and with only a minimal added cost in terms of computing resources. In this paper we discuss the working principles of the code accompanied by various validation plots. We also discuss the structure of the code followed by a practical guide for how to use the tool.

研究动机与目标

• 阐明在不生成大规模专用样本的情况下估计理论系统误差的必要性。
• 将 SysCalc 介绍为一个可复用的工具，用于计算 bcF、 bcR 尺度、 calpha_s 变化和 PDFs 的权重。
• 展示 SysCalc 在评估系统误差时保持中心样本的统计功效。
• 提供 SysCalc 的实际安装、配置与使用指南。

提出的方法

• SysCalc 处理中心的 LO(MG5_aMC@NLO) 事件，并输出一个基于 XML 的权重文件，其中包含所选系统误差的权重。
• 它通过从尺度和 PDF 变化（以及在适用时的匹配）计算的逐变体权重，对事件进行再加权，使用 MadGraph5_aMC@NLO 的事件级信息。
• 该方法包含 bmu_R 和 bmu_F 尺度权重的显式公式，以及将 PDF 权重计算为 PDFs 与 a_S 项的比值（方程 3、4、5）。
• 对于匹配/合并的样本，SysCalc 支持用于 ISR/FSR 尺度的附加再加权因子（方程 6、7）。
• 输出符合 LHEF v3 格式，将权重嵌入 initrwgt 块和逐事件 rwgt 条目中。

实验结果

研究问题

• RQ1 SysCalc 能否从单个中心样本导出准确的理论系统权重（尺度、PDF）？
• RQ2 SysCalc 的权重在统计波动范围内是否能再现专用的系统样本，适用于如 pp -> t tbar + xj 和 pp -> Z + xj 的过程？
• RQ3 在与喷射发射匹配/合并的样本（如 MG5_aMC@NLO + Pythia8）中，SysCalc 的表现如何，是否存在偏差？
• RQ4 实现有效安装、配置和运行 SysCalc 需要哪些实际指南？
• RQ5 未来发展如何将 SysCalc 扩展到 MLM 匹配/合并尺度？

主要发现

• SysCalc 的尺度（mu_R、mu_F）和 PDF 权重在测试过程 ttbar+0/1j 和 Z+0/1j 的专用样本中，与之在统计波动范围内的一致。
• PDF 变动权重（多个 PDF 集）在 ttbar+0/1j 和 Z+0/1j 的专用样本中，在统计波动范围内再现。
• 在匹配情景中，SysCalc 的比较显示与小的偏差一致，源自分支在粒子 shower 的 SCALUP 起始尺度，通常在 ISR 相关量上只有几个百分点水平。
• SysCalc 以 LHEF v3 输出权重，使分析在不重新生成大型 MC 样本的情况下能纳入理论系统误差。
• 论文提供了实用的安装与使用指南，包括配置语法和示例输出。