Pythia (Lund)
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Pythia ist der älteste und meistverwendete Monte-Carlo Ereignisgenerator, ein Programm zur Simulation von Teilchenkollissionen an Teilchenbeschleunigern.
[Bearbeiten] Herangehensweise
Um herauszufinden durch welche Signale sich verschiedene, insbesondere vom Standardmodell abweichende, Physikmodelle an Teilchenbeschleunigern bemerkbar machen könnten, ist es oft hilfreich diese Physikmodelle im Vorfeld numerisch zu simulieren. Beispielsweise kann für den Spezialfall, in dem das Physikmodell ein neues instabiles Teilchen voraussagt, folgende Vorgehensweise gewählt werden:
- Überlegung, wie die neuen Teilchen produziert werden können und wie sie zerfallen sollten. Unbekannte Teilchen kann man oft nicht direkt messen, da sie zu schnell wieder zerfallen, daher werden die am Detektor ankommenden Teilchen bekannte Elementarteilchen oder Hadronen sein.
- Simulation der Teilchenkollission mit Pythia. Am Ende der Simulation erhalten wir ein konkretes Signal, also die Menge der aus der Teilchenkollission entstandenen Teilchen inklusive ihrer Impulse.
- Im Idealfall können diese Teilchen (das Signal) im Detektor des Beschleunigerexperiments nachgewiesen werden.
Damit können bereits im Vorfeld von Experimenten Hinweise auf die zu suchenden Signale gewonnen und gegebenenfalls die Detektoren auf diese Signale optimiert werden.
Um die korrekte Funktionsweise des Programms zu überprüfen werden Vergleiche mit anderen Programmen (z.B. Herwig oder Alpgen) und mit Messdaten alter Experimente angestellt.
[Bearbeiten] Technik
Die Simulation basiert auf einem Monte-Carlo Verfahren. Es werden typischerweise einige tausend Teilchen "erzeugt", also simuliert. Bei jedem einzelnen überlegt man, wie es zerfällt. Das heißt, man kennt oder wählt die Wahrscheinlichkeit, mit dem es den einen oder anderen Tochterkern zerfällt. Per Zufall wird dann der ein oder andere Tochterkern erzeugt (simuliert). Dieser Tochterkern zerfällt dann weiter, rekursiv nach entsprechenden Vorgaben.
Realisiert wird das durch eine Monte-Carlo-Simulation. Man hat damit immer nur einen konkreten Zweig, eine Kette, eine eindeutige Reihe. An dieser Reihe kann man alle Identifikationen üben und auf Richtigkeit prüfen.
Die Ausgabe dieser Simulation ist im ersten Schritt etwas profan,
Barcode PDG ID ( Px, Py, Pz, E ) Stat DecayVtx
________________________________________________________________________________
GenVertex: -1 ID: 0 (X,cT):0
I: 1 1 2212 +0.00e+00,+0.00e+00,+7.00e+06,+7.00e+06 3 -1
O: 3 3 -1 -1.88e+03,+3.21e+03,+3.61e+05,+3.61e+05 3 -3
10 2112 +8.87e+02,-1.81e+03,+3.12e+06,+3.12e+06 1 (nil)
51 2 +9.90e+02,-1.40e+03,+8.85e+05,+8.85e+05 2 -15
GenVertex: -2 ID: 0 (X,cT):0
I: 1 2 2212 +0.00e+00,+0.00e+00,-7.00e+06,+7.00e+06 3 -2
O: 2 4 1 +2.71e+03,-1.38e+03,-3.25e+05,+3.25e+05 3 -4
118 2203 -2.71e+03,+1.38e+03,-2.61e+06,+2.61e+06 2 -15
GenVertex: -4 ID: 0 (X,cT):0
I: 1 4 1 +2.71e+03,-1.38e+03,-3.25e+05,+3.25e+05 3 -4
O: 5 6 1 +7.07e+02,+5.63e+01,-1.47e+05,+1.47e+05 3 -5
114 21 +1.05e+03,-1.51e+03,-5.77e+04,+5.77e+04 2 -15
115 21 -2.48e+02,+1.42e+01,-3.27e+04,+3.28e+04 2 -15
116 21 +1.10e+03,+3.42e+02,-7.84e+04,+7.84e+04 2 -15
117 21 +9.04e+01,-2.76e+02,-7.09e+03,+7.10e+03 2 -15
Zu lesen ist das wie folgt: GenVertex -1 heißt, dass im folgenden der Vertex 1 behandelt wird. I:1, O:3 bedeutet, dass 1 Teilchen in 3 Teilchen zerfällt. Die drei Teilchen sind im folgenden Aufgelistet, und nummeriert: Erst mit Barcode, der internen Nummer, und dann mit der PDG ID (also hier 2212 einem Proton oder 21 einem Gluon...). Es folgen die simulierten Impulse Px, Py und Pz. Der DecayVtx gibt an, bei welchem Vertex die entstandenen Teilchen weiter zerfallen.
graphisch dargestellt sieht es dann besser aus. Zur graphischen Darstellung verwendet man für gewöhnlich das Programmpaket root.
[Bearbeiten] Weblinks
pythia homepage an der Universität Lund
