蒙特卡洛模拟与事件产生器
/ MON-tee KAR-loh /
在你能从人群中认出一位稀客之前，先弄清楚普通人群究竟长什么样会大有帮助——而要确切知道这一点，唯一的办法就是凭空造出一群你完全理解的、完美的假想人群。在粒子物理里，这群假想人群是用蒙特卡洛模拟造出来的：一种和物理定律掷骰子的计算机程序，生成海量逼真但虚假的碰撞，供你拿去和真实碰撞相比较。事件产生器，就是从零开始造出这些模拟碰撞事件的那段软件。
“蒙特卡洛”这个名字（取自那家赌场）源于这种方法对随机数的依赖：由于量子过程本质上是概率性的，你便靠反复掷带权重的骰子来模拟它们。一个事件产生器分阶段工作。它先挑选对撞质子中的哪些夸克或胶子参与、各带多少能量（用部分子分布函数）；再用标准模型计算硬散射；然后让产生出的夸克和胶子辐射、分裂（部分子簇射），最后聚成你真正会探测到的强子（强子化）。随后一个独立的探测器模拟，会追踪每个粒子穿过这套装置的虚拟副本，以预言真实探测器本会记录下什么。
模拟是连接理论与数据不可或缺的桥梁：它把抽象的标准模型预言变成一组具体的、预期的事件，让你在任何真实数据到来之前就能设计和定标分析，并提供用来评判信号的本底估计。著名的工具包括 PYTHIA、HERWIG、MadGraph，以及用于探测器的 GEANT。这里关键的坦诚是：一个模拟的好坏，不会超过放进它里面的物理和探测器模型；每个产生器都含有近似和可调参数，而一个调校不当或不完整、从而错误预言本底的模拟，是错失信号和假警报二者共同的常见根源。
为了设计希格斯衰变到双光子的搜寻，物理学家先生成了数百万个模拟双光子事件——既有假的希格斯信号，也有普通本底——再让它们穿过一个虚拟探测器。直到那时，他们才知道该期待什么形状的鼓包、又该扣除多大的本底。
模拟事件让你在接触真实数据之前，就知道预期的信号与本底。
蒙特卡洛预言并非铁定的真相——它继承了产生器与探测器模型中的每一个近似和调校选择。真实数据有时会与模拟不符，一旦如此，该被质疑和修正的是模拟。