利用生成对抗网络快速模拟SHiP实验产生的缪子

本文提出一种快速模拟SHiP实验中SPS质子束与靶相互作用所产生的缪子的方法。SHiP实验将能够搜寻400~GeV$/c$ SPS质子束流 dump 中产生、且飞行距离在五十米至数十公里之间的新长寿命粒子。SHiP探测器需在极低本底下运行，并需要大量缪子诱发本底过程的模拟样本。通过使用生成对抗网络(Generative Adversarial Networks, GAN)，可模拟400~GeV$/c$质子束与SHiP靶相互作用的过程，否则该过程计算量极大。对于SHiP实验的模拟需求，生成网络能够近似稠密固定靶的完整模拟，实现$\mathcal{O}(10^6)$倍的加速。为评估该方法性能，本文给出了SHiP谱仪中利用完整模拟与生成模型所得样本在重建缪子动量分布上的对比。本文讨论的方法可推广并应用于对任意非离散多维分布的建模。