[論文レビュー] Automated EW corrections with isolated photons: $t \bar t \gamma$, $t \bar t \gamma\gamma$ and $t \gamma j$ as case studies

Davide Pagani, Hua-Sheng Shao+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2021

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 110被引用数 1

ひとこと要約

本稿では、孤立した光子を含むトップクォーク対およびシングルトップ生成過程（t¯tγ、t¯tγγ、tγj）に対する自動化された完全NLO予測を初めて提示する。これは、MadGraph5_aMC@NLOフレームワークに混合電弱正規化スキーム（光子に対してはα(0)、他の電弱相互作用に対してはGμまたはα(mZ)）を導入することで達成された。主な結果として、断面積およびスペクトルにおけるNLO電弱補正は一般的に1%未塔であり、分布の尾部においてもわずかな効果にとどまることが示され、電弱補正が制御可能であり、これらの過程において素朴なパワー・カウンティングと整合していることが示された。

ABSTRACT

In this work we compute for the first time the so-called Complete-NLO predictions for top-quark pair hadroproduction in association with at least one isolated photon ($t \overline{t} γ$). We also compute NLO QCD+EW predictions for the similar case with at least two isolated photons ($t \overline{t} γγ$) and for single-top hadroproduction in association with at least one isolated photon. In addition, we complement our results with NLO QCD+EW predictions of the hadronic and leptonic decays of top-quark including an isolated photon. All these results have been obtained in a completely automated approach, by extending the capabilities of the MadGraph5_aMC@NLO framework and enabling the Complete-NLO predictions for processes with isolated photons in the final state. We discuss the technical details of the implementation, which involves a mixed EW renormalisation scheme for such processes.

研究の動機と目的

• 孤立光子を含む最終状態における自動化NLO QCDおよび電弱補正を可能にすること。これは、長年の問題であったMadGraph5_aMC@NLOフレームワークにおける制限である。
• ハドロン衝突におけるトップクォーク対およびシングルトップ生成過程に、1個以上の孤立光子を伴う正確な予測を計算すること。
• これらの過程におけるNLO電弱補正の大きさと構造を評価すること。特に、QCD不確実性およびパワー・カウンティング推定（α対αs）と比較すること。
• 断面積、分布、およびトップクォークの電荷非対称性の詳細な比較を通じて、新実装の妥当性を検証すること。

提案手法

• 孤立光子を含む最終状態における完全NLO計算をサポートするように、MadGraph5_aMC@NLOフレームワークを拡張した。
• 混合電弱正規化スキームを実装：孤立光子に対してはα(0)、他の電弱相互作用に対してはGμまたはα(mZ)を用いた。
• 実験的検出器定義と整合性を持つように、コーンベースのアルゴリズムに基づく分離基準を用いて孤立光子を定義した。
• 木図と1ループ図の完全干渉を含む、自動化された1ループ振幅計算を実施した。
• フェルミオン自己エネルギーおよびZボソン伝播子にはGμスキームを適用した一方、光子自己エネルギーおよび孤立光子を含む頂点補正にはα(0)を用いた。
• αの選択における数値的微妙さに対処し、O(α)補正においてαGμとα(0)を比較した。実際には差がほとんどなく、α(0)の使用が妥当であることが確認された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 孤立光子を伴うt¯tγ、t¯tγγ、およびtγj生成過程におけるNLO電弱補正の大きさと構造は何か？
• RQ2 NLO電弱補正は、QCD不確実性および素朴なパワー・カウンティング推定（α対αs）と比べてどの程度の大きさか？
• RQ3 電弱補正は、特にエネルギースペクトルの尾部において、運動量分布にどの程度の影響を及ぼすか？
• RQ4 O(α)補正におけるαの正規化スキームの選択（αGμ対α(0)）は、結果にどの程度の依存性を示すか？
• RQ5 NLO電弱補正は、t¯tγおよびt¯tγγ最終状態におけるトップクォークの電荷非対称性にどのような影響を及ぼすか？

主な発見

• t¯tγ、t¯tγγ、およびtγjの全断面積に対するNLO電弱補正は、一般的にQCD不確実性の範囲内にあり、通常1%未塔である。
• tγj生成過程では、分布の尾部においてNLO電弱補正が顕著になり、QCD不確実性と同程度の大きさに達することがある。
• トップクォークの崩壊モードt → bjjγおよびt → bℓ+νℓγに対するNLO電弱補正は、Leading-Order予測の1%未塔であり、無視できる。
• トップクォークの電荷非対称性ACは、NLO QCDおよびNLO電弱補正、さらには次下位のNLO項によっても顕著に影響を受けることが示され、QCDと電弱効果の間で非自明な相互作用が存在することが明らかになった。
• O(α)補正におけるαの選択（αGμ対α(0)）は、数値的影響がほとんどなく、自動化フレームワークにおけるα(0)の使用が正当化された。
• 光子に対してはα(0)、他の電弱領域に対してはGμ/α(mZ)を用いる混合正規化スキームの実装は技術的に可能であり、孤立光子最終状態における完全NLO予測の完全自動化を可能にした。