[論文レビュー] Accurate single- and double-differential resummation of colour-singlet processes with MATRIX+RadISH: $W^+W^-$ production at the LHC

Stefan Kallweit, Emanuele Ré+2 more|arXiv (Cornell University)|Apr 16, 2020

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 175被引用数 53

ひとこと要約

論文は高精度の再和（N3LL）をNNLOとマッチさせた Matrix+RadISH インタフェースを開発し、colour-singlet 生産のために、 fiducial cuts を持つ完全レプトン WW 生成に適用して、複数の観測量に対して NNLO+N3LL および NNLO+NNLL の予測を得る。

ABSTRACT

We present the combination of fully differential cross sections for colour-singlet production processes at next-to-next-to-leading order (NNLO) QCD obtained with MATRIX and all-order resummation through RadISH. This interface allows us to achieve unprecedented accuracy for various transverse observables in $2 \ ightarrow 2$ production processes. As an important application we consider $W^+ W^-$ production at the LHC, more precisely the full leptonic process $pp\ o \\ell^+\\ell^{\\prime\\, -}\ u_{\\ell}{\\bar\ u}_{\\ell^\\prime}+X$ with $\\ell'\ eq\\ell$, and we present resummed predictions for differential distributions in presence of fiducial selection cuts. In particular, we resum the transverse-momentum spectrum of the $W^+ W^-$ pair at next-to-next-to-next-to-leading logarithmic (N$^3$LL) accuracy and match it to the integrated NNLO cross section. The transverse-momentum spectrum of the leading jet in $W^+ W^-$ production is calculated at NNLO+NNLL accuracy. Finally, the joint resummation for the transverse-momentum spectrum of the $W^+ W^-$ pair in the presence of a jet veto is performed at NNLO+NNLL. Our phenomenological study highlights the importance of higher-order perturbative and logarithmic corrections for precision phenomenology at the LHC.

研究の動機と目的

• NNLO+再積層フレームワークを用いて、colour-singlet プロセスの完全微分 NNLO QCD 予測を提供する。
• 横断的観測量に対して N3LL 再和を達成し、NNLO クロスセクションとマッチングさせる。
• 完全なレプトン末状態と fiducial 条件を有する WW 生成へこのフレームワークを適用する。
• 複数・二重微分再和（pT, pT^J）、ジェット打切りのシナリオを含むを提供する。

提案手法

• Matrix と RadISH を連携させて、colour-singlet 生成における横方向観測量の全体的再和を実行する。
• Matrix における qT- subtraction を用いて r_cut の制御可能な外挿とともに NNLO クロスセクションを組み立てる。
• 動量空間で RadISH を用いて pT および関連する観測量の N3LL 精度の再和を実施する。
• 再和結果を固定次順クロスセクションへ NNLO+N3LL（および NNLO+NNLL）としてマッチングを行う。
• 出生運動学において Born で完全微分されるよう、ジェット打切りを含む pT および pT^J の二重微分スペクトルを得るための RadISH の二重微分形式を活用する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NNLO 精度でカラー-シンリット過程の多重微分再和をどのように高精度に実現できるか？
• RQ2 カラー-シンリット系の横方向運動量スペクトルに対する N3LL 再和はどのような影響を与えるか（系と関連ジェット）？
• RQ3 WW 生成の全レプトン終状態と fiducial 条件の下で Matrix+RadISH インタフェースはどのように機能するか？
• RQ4 NNLO と NNLL/N3LL 再和を組み合わせた場合のジェット打切り断層とジェット関連観測量の改善点は？
• RQ5 pT と pT^J の二重微分再和をジェット打切り条件付きで信頼性高く実現し、NNLO にマッチさせることは可能か？

主な発見

• fiducial 条件下の W+W− 対の pT スペクトルに対して NNLO+N3LL 精度の再和予測を実現。
• WW 生成におけるリーディングジェットの pT^J に対して NNLO+NNLL 予測を計算。
• ジェット打切り制約付きの WW 対の pT に対する共同 NNLO+NNLL 再和。
• このインタフェースは、2-loop アンプルチュードが利用可能なほぼすべてのカラー-シンリット過程で再和を可能にする。
• 高次の摂動と対数補正の重要性を、精密な LHC 現象論の観点から実証。
• ジェット打切り条件下の fiducial WW クロスセクションとジェット関連観測量について ATLAS データとの比較を強調。