MadGraph Implementations of the Chirality-Flow Formalism for QED
(2023) FYTM04 20231Department of Physics
Theoretical Particle Physics - Has been reorganised
- Abstract
- The chirality-flow formalism has been proven to simplify the calculation of helicity amplitudes, both analytically and in a first numerical implementation developed as an extension of MadGraph5_aMC@NLO. Expanding on this work, two new implementations have been developed. The first provides an alternative algorithm for the evaluation of diagrams, where helicity amplitudes are obtained by combining pre-calculated spinor inner products, rather than recalculating inner products for every vertex where they are needed. Even though this new algorithm is more effective than MadGraph5_aMC@NLO, it is not an improvement over its predecessor, though some cases where recycling could be used for optimizations have been identified. The second... (More)
- The chirality-flow formalism has been proven to simplify the calculation of helicity amplitudes, both analytically and in a first numerical implementation developed as an extension of MadGraph5_aMC@NLO. Expanding on this work, two new implementations have been developed. The first provides an alternative algorithm for the evaluation of diagrams, where helicity amplitudes are obtained by combining pre-calculated spinor inner products, rather than recalculating inner products for every vertex where they are needed. Even though this new algorithm is more effective than MadGraph5_aMC@NLO, it is not an improvement over its predecessor, though some cases where recycling could be used for optimizations have been identified. The second implementation is an extension into massive QED, which shows that the chirality-flow formalism has better performance than MadGraph5_aMC@NLO within this sector of the Standard Model as well. Even though this gain is not as high as in the massless sector, it is still higher than expected. (Less)
- Popular Abstract (Swedish)
- Partikelfysikens Standardmodell har gett oss en förståelse för universums minsta byggstenar, elementarpartiklarna, och hur de interagerar med varandra. När dessa interaktioner ska beskrivas är övergångsamplituder ofta av stort intresse. Dessa kan förenklat sägas vara sannolikheten för att en grupp partiklar ska interagera på ett visst sätt, till exempel vid kollisioner i en partikelaccelerator som den vid CERN i Genève. För att kunna göra jämförelser mellan den data som uppmätts vid partikelacceleratorer och teorier, så som Standardmodellen, måste teoretiska beräkningar göras av exempelvis övergångsamplituder. Beräkningar inom partikelfysik är minst sagt komplicerade och tidskrävande. Det är därför inte konstigt att mycket arbete har lagts... (More)
- Partikelfysikens Standardmodell har gett oss en förståelse för universums minsta byggstenar, elementarpartiklarna, och hur de interagerar med varandra. När dessa interaktioner ska beskrivas är övergångsamplituder ofta av stort intresse. Dessa kan förenklat sägas vara sannolikheten för att en grupp partiklar ska interagera på ett visst sätt, till exempel vid kollisioner i en partikelaccelerator som den vid CERN i Genève. För att kunna göra jämförelser mellan den data som uppmätts vid partikelacceleratorer och teorier, så som Standardmodellen, måste teoretiska beräkningar göras av exempelvis övergångsamplituder. Beräkningar inom partikelfysik är minst sagt komplicerade och tidskrävande. Det är därför inte konstigt att mycket arbete har lagts på att utveckla bättre beräkningsmetoder och mjukvaruverktyg, som kan göra beräkningarna åt oss.
Spinor-helicitetformalismen är en av de metoder som utvecklats, och har visat sig vara mycket effektiv. Den bryter upp beräkningarna i mindre, mer lätthanterliga bitar genom att byta vilket system beräkningarna görs i. Istället för det fyrdimensionella rummet vi lever i (med de vanliga tre rumsdimensionerna och en tidsdimension) används två tvådimensionella rum, som tillsammans fortfarande har egenskaperna som krävs för att beskriva vår värld.
Inom partikelfysik används ofta grafiska representationer (dvs. att rita bilder av saker snarare än att skriva ner formler) för att underlätta hanteringen av beräkningar, och för spinor-helisitetformalismen har grafiska representationer utvecklats genom kiralitetflödes-formalismen (eng. the chirality-flow formalism). Att dessa grafiska representationer leder till snabbare beräkningar har demonstrarats både när de görs med penna och papper, och (desto viktigare) med mjukvaruverktyg. Genom att utveckla ett program, MadCAFE, baserat på ett av standardverktygen för beräkningar, kunde direkta jämförelser göras mellan chiralitetflödesformalismen och beräkningar i fyrdimensionell rumtid. MadCAFE hanterar dock inte hela Standardmodellen, då det är en prototyp och inte ett färdigutvecklat verktyg. Det är därför av intresse att se om programmet kan effektiviseras ytterligare och om snabbare beräkningstider också kan uppnås för fler delar av Standardmodellen.
Två nya versioner av MadCAFE har därför utvecklats. Den första introducerar ett sätt att återvinna delar av beräkningar som återkommer flera gånger när kiralitetflödesformalismen används. Det visar sig dock att i många fall är processen för att kombinera de återvunna delarna i nya beräkningar mindre effektiv än att bara räkna ut dem igen. En framtida version som kombinerar MadCAFE med återvinning i de fall där det är lönsamt ser dock lovande ut. Den andra versionen är en utvidgning av MadCAFE där även de olika partiklarnas massa kan hanteras. Även med massa är kiralitetsflödesformalismen snabbare än standardvertyget, och trots att tidsvinsten inte är fullt så stor som i det masslösa fallet så är den större än förväntat. Massa är dessutom en viktigt del för att kunna expandera MadCAFE till hela Standardmodellen, så massversionen har utvecklats med framtida utvidgningar i åtanke, och har därför en struktur som ska underlätta för integrering med dessa. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
http://lup.lub.lu.se/student-papers/record/9132113
- author
- Boman, Emil LU
- supervisor
- organization
- course
- FYTM04 20231
- year
- 2023
- type
- H2 - Master's Degree (Two Years)
- subject
- language
- English
- id
- 9132113
- date added to LUP
- 2023-07-04 16:08:00
- date last changed
- 2023-08-30 14:57:37
@misc{9132113,
abstract = {{The chirality-flow formalism has been proven to simplify the calculation of helicity amplitudes, both analytically and in a first numerical implementation developed as an extension of MadGraph5_aMC@NLO. Expanding on this work, two new implementations have been developed. The first provides an alternative algorithm for the evaluation of diagrams, where helicity amplitudes are obtained by combining pre-calculated spinor inner products, rather than recalculating inner products for every vertex where they are needed. Even though this new algorithm is more effective than MadGraph5_aMC@NLO, it is not an improvement over its predecessor, though some cases where recycling could be used for optimizations have been identified. The second implementation is an extension into massive QED, which shows that the chirality-flow formalism has better performance than MadGraph5_aMC@NLO within this sector of the Standard Model as well. Even though this gain is not as high as in the massless sector, it is still higher than expected.}},
author = {{Boman, Emil}},
language = {{eng}},
note = {{Student Paper}},
title = {{MadGraph Implementations of the Chirality-Flow Formalism for QED}},
year = {{2023}},
}