Geant4, CompHEP 사용기

[jys34]

요 일주일 간은 리눅스에 시달린 한주 같네요;;

Geant4 는 매질 내를 진행하는 electron, photon, hadron등이 산란하거나 calorimeter를 지나면서 생기는 궤적 등을 시뮬레이션 해주는 프로그램입니다. (리눅스 기반)

CompHEP 는 고에너지 물리학에서 쓰이는 scattering process에 대해서 모든 기여하는 Feynman diagram들을 찾고 그것을 제곱하는 과정을 거쳐서 symbolic calculation이 된 결과를 매쓰매티카 코드 등으로 만들어주는 프로그램입니다.

(역시 리눅스 기반인데, 제 경우는 리눅스 상에서 포트란과 C++이 계속 충돌해서 make가 안되길래 때려치고ㅡㅡ 윈도우용으로 나온 old version으로 사용했습니다 ㅡㅡ;)

결과적으로 1승 1패 -_-

흠... 뭐, 리눅스 기반의 오픈소스로 만들어진 math tool이라 할 수 있는 ROOT도 성공했으니 정확히는 2승1패입니다만

ROOT의 경우 Canvas 등으로 graphical object들이 출력이 되지 않아서

1승1무1패 정도로 봐야 될 것 같아요-_-;

우선 Geant4 사용 중 print screen -_-

일단 가장 고생했던 건 일단 리눅스를 설치하는 것이었습니다.

위 사진의 OS는 ubuntu10.10 이고 VMware로 가상머신을 만들었어요..

(그나마 이게 가장 나은 방법 같습니다. 아니면 컴퓨터를 하나 더 구하면 되는데 -_-; 아주 본격적으로 쓸 게 아니라면..)

-_- 단지 인스톨만 하려고 했는데, 온갖 라이브러리를 다 설치하면서 개고생을 ㅠㅠ

(참고로 리눅스 하나도 모릅니다. 아는 건 C, C++ 기초밖에 없는-_-)

정말 Tutorial만 돌린 것 뿐인데도 -_-; 며칠동안 안되던 거라 감격 스러워서 몇장 찍었네요 ㅋㅋ

대부분 collider 등에서 입사된 beam이 detector나 calorimeter를 지날 때의 trajectory와 에너지 상태 등이 시뮬레이션 되네요..

CompHEP의 경우는

fortran과 C++을 같이 사용한 모양인데, 이 둘이 충돌했는지 exe파일 complie이 계속 안되서

그냥 포기하고-_-ㅋ

윈도우 용으로 공개가 됐던 33.22 버전으로 Typical한 계산을 수행해 봤습니다.

인트로 화면

Scattering process를 분석하기 위해서 쓰일 Lagrangian(즉, 이론의 종류)를 선택할 수 있습니다.

일단, 가장 general 한 결과를 example로 얻기 위해서 일단 Feynman gauge에서의 Standard model을 선택합니다.

강한 상호작용과 약전자기 상호작용을 함께 다룰 수 있고 Higgs mass 를 제외한 모든 파라메터가 실험적으로 알려졌기 때문에 가장 신뢰성이 높습니다.

물론 실제로 사용할 때는 Lagrangian을 변형하여 새로운 이론, 즉 새로운 형태의 라그랑지안을 기반으로 한 산란 단면적 계산 등도 가능합니다.

그리고 사실상 이게 주 목적이죠.. 이미 존재하는 이론을 보다는 새로운 이론의 라그랑지안을 만들었을 때, 그것으로부터 도출되는 실험결과를 예측하여 계산해내기 위함이라..

그리고 가장 많이 쓰이는 이론적 예측이라 할 수 있는 MSSM(Minimal Supersymmetric Standard model) 등의 경우 이미 내장되어 있어 바로 사용할 수 있습니다.

그리고 기존에 있는 모델의 파라메터 양(입자 질량을 약간 조정한다든지)을 바꾸는 것도 가능합니다.

저는 그냥 주어진 디폴트 값으로 ㄱㄱ

저는 u쿼크와 d쿼크 그리고 글루온으로 이루어진 hadron와 그 antiparticle이 scattering해서 W보존과 b쿼크가 되는 과정을 선택했습니다

에너지 스케일은 CM frame에서 1.2TeV 로 ㄱㄱ

다음과 같이 산란과정에 기여하는 모든 가능한 Feynman diagram을 자동적으로 만들고 목록을 보여줍니다.

이 다이어그램 하나하나가 전체 확률진폭에 기여하는 term이 되는데요.. 따라서 이것을 다 합한 것을 제곱해야 합니다.

마치

(x + y + z + w + g)^2

를 전개하는 것처럼요 ㅋ

그렇게 되면, 15개의 항이 제곱되므로 원래는 225개의 항이 되는데, 비슷한 term들을 하나도 묶어주는 과정 등을 통해서 그 수를 조금씩 줄여줍니다.

그래서 제곱한 결과 120종류의 identical 하지 않은 term들이 나왔네요 ㅋ

어떤 다이어그램 항과 곱했는지를 graphical하게 나타내기도 하고요

zero라고 된 항은 numerical하게 계산하기 전에 이미 0이라고 값이 계산된 값입니다.

즉

x + 2y - y - x - y = 0

은 모든 x와 y에 대해서 성립하기 때문에, 이런 경우와 비슷하다고 할 수 있지요..

그리고 이런 것들을 external momentum의 함수 등으로 실제로 계산하기 위한 symbolic calculation code를 REDUCE나 Mathematica 용으로 만들어줍니다.

계산속도는 term의 갯수가 거의 200개가 넘는데도 불구하고 상당히 빠릅니다.

실제 total cross section 또한 계산할 수 있는데, Monte Carlo method를 이용한 numerical integration이 쓰입니다.

Monte calro method를 여러번 시행해서 평균값을 구할 수 있습니다.

이것도 계산시간이 그리 들지 않고 상당히 빠르네요..

아직 두 프로그램 모두 실제로 활용한다기보다는 막 인스톨을 끝내고, Tutorial 등을 해보는 정도네요;ㅋ;

comphep의 경우는 그냥 입력하기만 하면 되지만,

Geant4같은 경우는 실제로 geometry 등을 만들고 해야 하기 때문에

실제로 활용하기 위해서는 코딩하는 데에 상당히 익숙해져야 할 것 같고, lecture note 등을 가지고 예제를 많이 만들고 풀어봐야 될 것 같습니다.

[F킬러]

오! 이제 리눅스 모르는거 생기면 질문하면 되는건가요 + ㅅ+?!