[論文レビュー] Automated NLO QCD Corrections with WHIZARD

Weiss, C., Bijan Chokoufé Nejad+2 more|arXiv (Cornell University)|Oct 9, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 21被引用数 9

ひとこと要約

本稿では、FKS減算方式とBLHA準拠の1ループプロバイダーを用いて、WHIZARDモンテカルロイベントジェネレータにおける自動的次-leading-order (NLO) QCD補正の実装を提示する。電子陽電子衝突型加速器におけるオフシェルプトップクォーク対生成の事例を用いて検証し、全微分断面積の変化は小さいものの、分布におけるNLO補正が顕著であることが示された。

ABSTRACT

We briefly discuss the current status of NLO QCD automation in the Monte Carlo event generator WHIZARD. The functionality is presented for the explicit study of off-shell top quark production with associated backgrounds at a lepton collider.

研究の動機と目的

• WHIZARDにおけるレプトン衝突型過程のための自動的NLO QCD計算を可能にする。
• 実および虚の行列要素における赤外発散を処理するためのFKS減算方式の実装。
• BLHA標準に準拠した外部1ループプロバイダーを介して虚行列要素計算を統合する。
• e+e−衝突型加速器におけるオフシェルプトップクォーク対生成と関連背景の研究。
• NLO補正が運動量分布および全断面積に与える影響の評価。

提案手法

• NLO QCD振幅における赤外発散を分離・キャンセルするため、FKS減算方式を用いる。
• 虚行列要素計算のため、BLHA準拠の1ループプロバイダー（例：GoSam, OpenLoops）を採用する。
• 最終状態のパートンからジェットを再構築するため、anti-k_tジェットアルゴリズムとΔR = 1.0を適用する。
• NLO統合のため、1500万件のボーンレベルおよび3000万件の実発光イベントの重み付きイベントサンプルを生成する。
• イベントの保存にはHepMCフォーマット、運動量観測量の解析にはRivetを用いる。
• NLO行列要素と重複してカウントされないよう、組み込みのPowhegに類似たパートンシャワーを実装する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 WHIZARDのような汎用イベントジェネレータにおいて、自動的NLO QCD補正をどのように効果的に実装できるか。
• RQ2 オフシェルプトップクォーク対生成において、NLO QCD補正が全断面積および運動量分布に与える影響は何か。
• RQ3 関連背景が存在する状況下で、NLO補正はオンシェルプとオフシェルプトップクォーク生成の分離にどのように影響するか。
• RQ4 NLO効果は、トップクォーク共鳴領域外の背景寄与をどの程度増幅させるか。
• RQ5 FKS減算方式は、WHIZARDのモジュラーフレームワークに効率的に統合可能か。

主な発見

• e+e− → W+W−b b̄ におけるNLO断面積は、非相対論的トップクォークによるクーロン的増幅のため、tt̄閾値近くでK要因がほぼ3に達する。
• NLOにおけるトップクォークの全幅はΓt^NLO = 1.409 GeVに減少し、LOの1.538 GeVから小さくなった。これは顕著な放射修正を示している。
• NLO補正は、特にbWおよびWWのインヴァリアント質量分布において、トップクォーク共鳴領域外の背景寄与を顕著に増幅させる。
• オンシェルプとオフシェルプの全断面積の交点が、NLOにおいてはLOに比べて中心系エネルギーが高くなる方向にシフトし、両者の相対的差が小さくなった。
• 全断面積の補正は小さいものの、特に先頭ジェットエネルギーおよび2番目に重いジェット質量といった特定の分布ではNLO効果が顕著に現れる。
• イベントサンプルには重み付きで合計4500万件（1500万件ボーン、3000万件実発光）が含まれており、WHIZARDにおけるNLOフレームワークの拡張性が裏付けられた。