Deep learning methods have gained popularity in high energy physics for fast modeling of particle showers in detectors. Detailed simulation frameworks such as the gold standard Geant4 are computationally intensive, and current deep generative architectures work on discretized, lower resolution versions of the detailed simulation. The development of models that work at higher spatial resolutions is currently hindered by the complexity of the full simulation data, and by the lack of simpler, more interpretable benchmarks. Our contribution is SUPA, the SUrrogate PArticle propagation simulator, an algorithm and software package for generating data by simulating simplified particle propagation, scattering and shower development in matter. The generation is extremely fast and easy to use compared to Geant4, but still exhibits the key characteristics and challenges of the detailed simulation. We support this claim experimentally by showing that performance of generative models on data from our simulator reflects the performance on a dataset generated with Geant4. The proposed simulator generates thousands of particle showers per second on a desktop machine, a speed up of up to 6 orders of magnitudes over Geant4, and stores detailed geometric information about the shower propagation. SUPA provides much greater flexibility for setting initial conditions and defining multiple benchmarks for the development of models. Moreover, interpreting particle showers as point clouds creates a connection to geometric machine learning and provides challenging and fundamentally new datasets for the field. The code for SUPA is available at https://github.com/itsdaniele/SUPA.


翻译:深层学习方法在高能物理中越来越受欢迎,用于快速模拟探测器中的粒子阵列的快速建模; 详细模拟框架,如金标准 Geant4, 计算精密, 目前的深基因结构结构在详细模拟的分解、较低分辨率版本方面非常容易使用; 高空间分辨率模型的开发目前受到全模拟数据的复杂性和缺乏更简单、更便于解释的基准的阻碍; 我们的贡献是SUPA、 SUrgate Particle 传播模拟器、一个算法和软件包,通过模拟简化粒子传播、散射和阵列开发来生成数据; 与 Geant4 相比, 生成速度非常快,使用起来非常容易,但是仍然展示了详细模拟的关键特征和挑战。 我们通过实验支持这一主张,显示我们模拟器数据中的基因阵列模型的性能反映了与Geant4 生成的数据集的性能。 拟议的模拟器在台式机器上每秒产生数千个粒子阵列,加速到Geant4的6级序列, 储存详细的几何测量信息信息。 与Geant4 模拟模拟模拟模拟模拟模拟模拟模拟的主要特征模拟模型的模型的深度模型的深度和深度模型的深度模型的深度模型的深度模型的深度连接提供了更大的性能。

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