Development of the Monte Carlo event generator tuning software package Lagrange and its application to tune the PYTHIA model to the LHCb data

Abstract

One of the general problems of modern high energy physics is a problem of comparing experimental data, measurements of observables in high energy collisions, to theory, which is represented by Monte Carlo simulations. This work is dedicated to further development of the tuning methodology and implementation of software tools for tuning of the PYTHIA Monte Carlo event generator for the LHCb experiment. The aim of this thesis is to create a fast analytical model of the Monte Carlo event generator and then fitting the model to the experimental data, recorded by the LHCb detector, considering statistical and computational uncertainties and estimating the best values for the tuned parameters, by simultaneous tuning of a group of phenomenological parameters in many-dimensional parameter-space. The fitting algorithm is interfaced to the LHCb software framework, which models the response of the LHCb detector. Typically, the tunings are done to the measurements which are corrected for detector effects. These corrections depend on the model which is input into the detector simulation, and the proposed approach allows to avoid this dependence. This tuning methodology and the developed software tools were tested on a small subset of kinematical parameters, which describe the gross fraction of the hadronic final states in high energy pp-collisions.

Eines der allgemeinen Probleme der modernen Hochenergiephysik besteht darin experimentelle Daten, also Messungen von Observablen in Hochenergie-Kollisionen, mit Ergebnissen der Theorie zu vergleichen, die aus Monte Carlo Simulationen hervorgehen. Die vorliegende Arbeit widmet sich der Weiterentwicklung der Tuning-Methodik und dem Implementieren von Softwarewerkzeugen zum Tunen des PYTHIA Monte Carlo Event Generators für das LHCb-Experiment. Das Ziel ist ein schnelles analytisches Modell des Monte Carlo Event Generators zu erstellen und dann dieses Modell an die vom LHCb Detektor aufgenommenen Daten anzupassen, dabei statistische wie numerische Fehler zu berücksichtigen, und die besten Schätzwerte für die zu tunenden Parameter durch ein simultanes Tuning einer Gruppe von phänomenologischen Parameter im vieldimensionalen Parameterraum zu erhalten. Der Anpassungsalgorithmus hat eine Schnittstelle zum LHCb-Software-Framework, welches das Ansprechen des Detektors modelliert. Üblicherweise werden für die Tunings Messungen verwendet, die auf Detektoreffekte korrigiert sind. Diese Korrekturen sind aber abhängig von den in den Detektorsimulationen verwendeten Modellen, was der vorgeschlagene Ansatz umgeht. Diese Tuningmethode und die entwickelten Softwarewerkzeuge wurden mit einer kleinen Anzahl von kinematischen Parametern getestet, welche den größten Teil der hadronischen Endzustände von Hochenergie-Kollisionen beschreibt.