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 ¡

¡

¡

BERT ¡ BERT ¡ FTFP ¡ QGSP ¡

FTFP ¡

FTFP_BERT ¡ QGSP_BERT ¡

4-­‑5GeV ¡ 9.5-­‑9.9GeV ¡ 12-­‑25GeV ¡ p/n ¡ K/π ¡ p/n ¡ K/π ¡ 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 ¡
• ne ¡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 ¡

¡ ¡

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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 ¡