[論文レビュー] Automating Predictions for Standard Model Effective Field Theory in MadGraph5_aMC@NLO

Cen Zhang|arXiv (Cornell University)|Jan 15, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 23被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、MadGraph5_aMC@NLOフレームワークを用いて、標準模型効果的場理論（SMEFT）における次-leading order（NLO）QCD計算の自動化を提示する。これにより、SMEFT過程におけるQCDのNLOまでを含めた完全自動イベント生成が可能になった。主な貢献は、トップクォーク、電弱、ヒッグス系における次元6オペレーターの実装であり、$t\bar{t}H$、$W$-ペア生成、シングルトップ生成といった主要なプロセスに対して、NLO互換のUFOモデルが利用可能になったことである。

ABSTRACT

Next-to-leading order event generation for the Standard Model effective field theory has started to become available in the MadGraph5_aMC@NLO framework. In this talk we discuss some of the recent progresses in this direction, with a focus on the top-quark sector.

研究の動機と目的

• LHC物理学における高精度な研究を目的として、標準模型効果的場理論（SMEFT）における完全自動NLO QCD計算を可能にすること。
• 新しい物理のスケールに対する厳密な制約を設定し、標準模型を逸脱する信号を特徴づけるために、正確な理論的予測の必要性に対処すること。
• MadGraph5_aMC@NLOフレームワークをSMEFTのNLOまで拡張し、ループ補正およびカウンタータームの生成を可能にすること。
• グローバルフィットやフェノメノロジー的解析に使用可能な、トップクォーク、ヒッグス、電弱系における主要プロセスのNLO互換UFOモデルを提供すること。
• 自動SMEFTツールを用いて、NLO精度でのグローバルフィットプログラムの実現可能性を実証すること。

提案手法

• MC@NLO手法によるパートンシャワーのマッチングを伴う、MadGraph5_aMC@NLOフレームワークを用いたNLO QCD計算の自動化。
• FeynRulesパッケージを用いてSMEFTラグランジアンを実装し、MadGraph5_aMC@NLOと互換性のあるUFOモデルファイルを生成。
• ループ補正をMadLoopで計算し、紫外発散および$R_2$カウンタータームはNLOCTパッケージによって生成。
• NLOCTパッケージを用いて次元6カウンタータームを計算し、有効場理論の頂点を完全にサポートする開発が進行中。
• トップクォーク結合、$W$-ペア生成、$t\bar{t}H$生成のケーススタディを通じて結果の妥当性を検証し、LOとNLOの予測を比較。
• ヒッグス系オペレーターの基準としてヒッグス効果的ラグランジアン（HEL）とHCフレームワークを用い、UFOモデルは公開済み。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 MadGraph5_aMC@NLOフレームワーク内において、SMEFTプロセスのNLO QCD補正を体系的かつ自動的に生成することは可能か？
• RQ2 トップクォーク、ヒッグス、電弱系における主要なSMEFTオペレーターのNLO互換UFOモデルの状態はいかほどか？
• RQ3 自動NLOシミュレーションは、LHC測定におけるSMEFTフェノメノロジーの精度をどの程度向上できるか？
• RQ4 異常な三重ゲージ結合を有するプロセス、たとえば$t\bar{t}H$や$W$-ペア生成において、NLO補正は微分分布にどのように影響を与えるか？
• RQ5 MadGraph5_aMC@NLOやFeynRulesのような自動ツールを用いて、SMEFTオペレーターのグローバルフィットをNLO精度で行うことは可能か？

主な発見

• SMEFTプロセスのNLO QCD補正が、すでにMadGraph5_aMC@NLOで利用可能となり、パートンシャワーのマッチングを伴う完全自動イベント生成が可能になった。
• トップクォーク系のNLO UFOモデル（$O_{tG}$、$O_{tW}$、$O_{\bar{t}\varphi}$など含む）が正常に実装され、公開済みである。
• pp \to t\bar{t}Hにおいて、$O_{\varphi G}$、$O_{t\varphi}$、$O_{tG}$がNLOで寄与し、$O_{\varphi G}$は$\mathcal{O}(\alpha_s)$で$O_{t\varphi}$と混合する。
• O_{WWW}オペレーターを有する$W$-ペア生成プロセスでは、図2に示すように、インバリアント質量分布に顕著なNLO補正が見られた。
• フレーバー変換を伴うトップクォーク崩壊およびシングルトップ生成のNLO互換モデルが利用可能であり、4フェルミオンオペレーターは現在開発中である。
• ヒッグス効果的ラグランジアン（HEL）はQCDのNLOに拡張中であり、主要なヒッグス生成モード（グルーオン融合、VBF、$VH$）がSMEFTでNLO精度で利用可能になった。