PYTHIA

Pythia ist ein Computerprogramm, das in der Teilchenphysik verwendet wird, um Kollisionen an Teilchenbeschleunigern zu simulieren. Pythia ist der älteste und meistverwendete Monte-Carlo-Ereignisgenerator.

Herangehensweise

Um herauszufinden, durch welche Signale sich verschiedene, insbesondere vom Standardmodell abweichende, Physikmodelle an Teilchenbeschleunigern bemerkbar machen könnten, ist es oft hilfreich, diese Modelle im Vorfeld numerisch zu simulieren. Beispielsweise kann für den Spezialfall, dass 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 Teilchenkollision mit Pythia. Am Ende der Simulation erhält man ein konkretes Signal, also die Menge der aus der Teilchenkollision 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.

Technik

Es werden typischerweise einige tausend Teilchen simuliert. Bei jedem einzelnen werden die Zerfallskanäle vorgegeben. Das heißt, man kennt oder wählt die Wahrscheinlichkeit, mit dem es in den einen oder anderen Tochterkern zerfällt. Per Zufall wird dann das eine oder andere Tochterteilchen erzeugt (simuliert). Dieses 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 eine Tabelle der Teilchenimpulse und -energien. Zur graphischen Darstellung wird dann für gewöhnlich das Programmpaket ROOT verwendet. Um die korrekte Funktionsweise des Programms zu überprüfen, werden Vergleiche mit anderen Programmen (z. B. Herwig oder Alpgen) und mit Messdaten alter Experimente angestellt.

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