Tuning Ber*ni Cascade Model Parameters Dennis Wright - PowerPoint PPT Presentation

Tuning ¡Ber*ni ¡Cascade ¡Model ¡ Parameters ¡ ¡ Dennis ¡Wright ¡ 22 ¡January ¡2016 ¡ ¡ ¡ ¡

Outline ¡ ¡ • Model ¡tuning ¡benefits ¡and ¡risks ¡ • Introduc*on ¡to ¡Ber*ni ¡cascade ¡ ¡ ¡ • Relevant ¡parameters ¡ ¡ • Future ¡possibili*es ¡ ¡ ¡ 2 ¡

Model ¡Tuning ¡Benefits ¡and ¡Risks ¡ ¡ ¡ • Two ¡reasons ¡for ¡tuning ¡models: ¡ • get ¡a ¡beKer ¡descrip*on ¡of ¡data ¡ • understand ¡systema*c ¡errors ¡ ¡ ¡ • Two ¡reasons ¡not ¡to: ¡ • loss ¡of ¡predic*ve ¡power ¡ • model ¡can ¡rapidly ¡become ¡unphysical ¡in ¡unexpected ¡places ¡ ¡ • To ¡mi*gate ¡risks, ¡expose ¡model ¡parameters ¡only ¡to ¡partners ¡ • collaborators ¡who ¡want ¡to ¡improve ¡model ¡ • users ¡who ¡want ¡to ¡understand ¡its ¡effects ¡ ¡ • both ¡must ¡work ¡with ¡model ¡developer ¡to ¡make ¡changes ¡in ¡responsible ¡ way ¡ ¡ • publica*on ¡of ¡work ¡with ¡varied ¡parameters ¡must ¡clearly ¡state ¡what ¡was ¡ changed 3 ¡

¡Why ¡Ber*ni? ¡Used ¡in ¡most ¡physics ¡lists ¡ -­‑> ¡good ¡first ¡candidate ¡for ¡parameter ¡studies ¡ ¡ FTFP_BERT ¡ BERT ¡ ¡ p/n ¡ K/π ¡ FTFP ¡ 4-­‑5GeV ¡ QGSP_BERT ¡ QGSP ¡ BERT ¡ p/n ¡ FTFP ¡ K/π ¡ 9.5-­‑9.9GeV ¡ 12-­‑25GeV ¡ Projec*le ¡Energy ¡ 4 ¡

The ¡Geant4 ¡Ber*ni ¡Intranuclear ¡Cascade ¡ ¡ ¡ • Recent ¡publica*on ¡(Wright ¡and ¡Kelsey, ¡NIM ¡A ¡804 ¡(2015) ¡175.) ¡ • describes ¡the ¡physics ¡and ¡performance ¡of ¡the ¡model ¡ ¡ ¡ • Model ¡is ¡re-­‑engineered ¡version ¡of ¡N. ¡Stepanov’s ¡INUCL ¡code ¡ • target ¡nucleus ¡modeled ¡in ¡detail ¡ • incident ¡par*cle ¡interacts ¡with ¡a ¡single ¡nucleon ¡(in ¡most ¡cases) ¡as ¡if ¡were ¡ in ¡free ¡space ¡-­‑> ¡no ¡ab ¡ini*o ¡nuclear ¡medium ¡effect ¡(added ¡later) ¡ ¡ • secondaries ¡interact ¡with ¡other ¡nucleons ¡-­‑> ¡cascade ¡ ¡ • aher ¡cascade, ¡na*ve ¡Ber*ni ¡precompound ¡and ¡evapora*on ¡models ¡called ¡ to ¡de-­‑excite ¡residual ¡nucleus ¡ ¡ • Many ¡extensions ¡made ¡ ¡ • up ¡to ¡32 ¡GeV ¡ • kaons, ¡hyperons, ¡gammas, ¡muons ¡ • par*cles ¡now ¡treated: ¡ ¡ ¡ ¡ γ , ¡ π , ¡K, ¡p, ¡n, ¡ Λ ¡, ¡ Σ , ¡ Ξ , ¡ Ω , stopped ¡ µ 5 ¡

The ¡Geant4 ¡Ber*ni ¡Intranuclear ¡Cascade ¡ ¡ ¡ • Current ¡model ¡inherits ¡from ¡INUCL ¡a ¡LOT ¡of ¡tuning ¡ ¡ • to ¡describe ¡data ¡below ¡5 ¡GeV ¡ • resulted ¡in ¡some ¡not ¡very ¡physical ¡values ¡ ¡ • AKempts ¡have ¡been ¡made ¡to ¡return ¡to ¡more ¡conven*onal ¡ values ¡ • Kelsey, ¡Yarba, ¡Wright ¡ • not ¡always ¡successful ¡– ¡agreement ¡with ¡data ¡gets ¡beKer ¡in ¡some ¡ cases, ¡worse ¡in ¡others ¡ ¡ • For ¡different ¡applica*ons ¡(neutrino ¡produc*on) ¡different ¡ values ¡may ¡be ¡required ¡to ¡get ¡ • beKer ¡descrip*on ¡of ¡produc*on ¡spectra ¡ • understanding ¡of ¡systema*cs ¡ 6 ¡

The ¡Geant4 ¡Ber*ni ¡Intranuclear ¡Cascade ¡ ¡ • Hence ¡the ¡need ¡to ¡vary ¡parameters ¡ • ohen ¡and ¡consistently ¡ ¡ • Applica*on ¡interface ¡ • currently ¡no ¡consistent ¡way ¡to ¡vary ¡parameters ¡– ¡currently ¡ under ¡development ¡ • how ¡does ¡this ¡fit ¡in ¡with ¡physics ¡list ¡usage ¡ ¡ • see ¡Julia’s ¡talk ¡ ¡ ¡ 7 ¡

The ¡Most ¡Relevant ¡Parameters ¡ ¡ • There ¡are ¡a ¡lot ¡of ¡parameters ¡buried ¡in ¡the ¡code ¡but ¡the ¡ones ¡ most ¡likely ¡to ¡make ¡a ¡change ¡are ¡exposed ¡to ¡varia*on ¡ ¡ • New ¡document ¡(now ¡on ¡password ¡protected ¡Redmine) ¡covers ¡ • an ¡explana*on ¡of ¡these ¡parameters ¡and ¡switches ¡ • meaningful ¡ranges ¡over ¡which ¡they ¡can ¡be ¡varied ¡ • how ¡to ¡change ¡them ¡ ¡ • A ¡brief ¡discussion ¡of ¡some ¡of ¡them ¡is ¡provided ¡below ¡ ¡ ¡ 8 ¡

The ¡Most ¡Relevant ¡Parameters ¡ ¡ • Nuclear ¡radius ¡ • affects ¡the ¡nuclear ¡density, ¡frequency ¡of ¡peripheral ¡interac*on, ¡ Fermi ¡momentum, ¡etc. ¡ • currently ¡all ¡nuclear ¡radii ¡are ¡2.82 ¡*mes ¡the ¡value ¡obtained ¡ from ¡electron ¡scaKering ¡(don’t ¡know ¡why) ¡ • too ¡keep ¡this ¡behavior, ¡scale ¡factor ¡set ¡to ¡2.82 ¡ • can ¡be ¡changed ¡by ¡UI ¡command: ¡ ¡ • /process/had/cascade/nuclearRadiusScale ¡value ¡ • current ¡best ¡value ¡is ¡2.82 ¡ ¡(to ¡get ¡to ¡electron ¡scaKering ¡value ¡use ¡ 1.0) ¡ ¡ ¡ 9 ¡

The ¡Most ¡Relevant ¡Parameters ¡ ¡ • Hadron-­‑nucleus ¡cross ¡sec*on ¡ • mul*plica*ve ¡factor ¡applied ¡to ¡internal ¡free-­‑space ¡cross ¡sec*on ¡ • internal ¡in ¡this ¡case ¡refers ¡to ¡the ¡cross ¡sec*on ¡incident ¡hadron ¡ sees ¡when ¡traversing ¡the ¡nucleus ¡ ¡ • original ¡code ¡used ¡cross ¡sec*ons ¡10 ¡X ¡larger ¡than ¡measured ¡ free-­‑space ¡values ¡(don’t ¡know ¡why) ¡ • to ¡keep ¡this ¡behavior, ¡factor ¡set ¡to ¡1.0 ¡ ¡ • can ¡be ¡changed ¡by ¡UI ¡command: ¡ ¡ • /process/had/cascade/crossSec*onScale ¡value ¡ • current ¡best ¡value ¡is ¡1.0 ¡ ¡(to ¡get ¡to ¡free-­‑space ¡value ¡use ¡0.1) ¡ • Cross ¡sec*on ¡factor ¡and ¡nuclear ¡radius ¡factor ¡trade ¡off ¡against ¡ one ¡another ¡ • they ¡also ¡have ¡the ¡largest ¡effect ¡ 10 ¡ ¡

The ¡Most ¡Relevant ¡Parameters ¡ ¡ • Others ¡(discussed ¡in ¡document) ¡ • Fermi ¡momentum ¡ • dynamic ¡density ¡deple*on ¡ • quasi-­‑deuteron ¡absorp*on ¡ • coalescence ¡model ¡switch ¡on/off ¡ • precompound/evapora*on ¡model ¡choice ¡ ¡ ¡ 11 ¡

Future ¡Possibili*es ¡ ¡ • Other ¡parameters ¡exist ¡which ¡have ¡not ¡been ¡exposed ¡to ¡ varia*on ¡ • nucleon-­‑nucleon ¡cross ¡sec*ons ¡below ¡500 ¡MeV ¡ • angular ¡distribu*on ¡models ¡for ¡secondaries ¡ • these ¡are ¡more ¡difficult ¡to ¡change, ¡but ¡have ¡large ¡effects ¡ • wait ¡and ¡see ¡what ¡we ¡learn ¡from ¡already-­‑exposed ¡parameters ¡ ¡ ¡ 12 ¡