[論文レビュー] Combining NLO QCD and Electroweak Radiative Corrections to $W$-boson Production at Hadron Colliders in the { t POWHEG} Framework

Catherine Bernaciak, D. Wackeroth|arXiv (Cornell University)|Jan 23, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 13

ひとこと要約

本稿では、ハドロン衝突におけるWボソン生成に対して、POWHEG手法を用いた次-leading-order QCDおよび${\cal O}(\alpha)$電弱補正フレームワークを提示する。このフレームワークはPythiaおよびHerwigといったパートンシャワー生成器とインターフェースされ、検出器分解能効果を含めたWボソン運動量の高精度なシミュレーションと、全断面積の推定を可能にする。QCD効果を含めた状況でも、顕著な電弱補正効果が観察される。

ABSTRACT

The precision measurement of the mass of the $W$ boson is an important goal of the Fermilab Tevatron and the CERN Large Hadron Collider (LHC). It requires accurate theoretical calculations which incorporate both higher-order QCD and electroweak corrections, and also provide an interface to parton-shower Monte Carlo programs which make it possible to realistically simulate experimental data. In this paper, we present a combination of the full ${\cal O}(\alpha)$ electroweak corrections of { t WGRAD2}, and the next-to-leading order QCD radiative corrections to $W o\ell u$ production in hadronic collisions in a single event generator based on the { t POWHEG} framework, which is able to interface with the parton-shower Monte Carlo programs { t Pythia} and { t Herwig}. Using this new combined QCD+EW Monte Carlo program for $W$ production we provide numerical results for total cross sections and kinematic distributions of relevance to the $W$ mass measurement at the Tevatron and the LHC for the processes $pp,p\bar p o W^\pm o \mu^\pm u_\mu$. In particular, we discuss the impact of EW corrections in the presence of QCD effects when including detector resolution effects.

研究の動機と目的

• 次-leading-order QCDおよび${\cal O}(\alpha)$電弱補正を統合することで、Wボソン生成に対する高精度な理論的予測を達成すること。
• PythiaやHerwigなどのパートンシャワーMCMCプログラムとインターフェース可能な統合型イベントジェネレータを開発し、実験データのリアルなシミュレーションを可能にすること。
• QCD効果および検出器分解能を含めた状況下で、電弱補正がWボソン運動量分布および全断面積に与える影響を評価すること。
• TevatronおよびLHCにおけるWボソン質量の高精度測定を、Wボソン質量測定に向けた理論的モデルの改善を通じて支援すること。

提案手法

• 次-leading-order QCD補正を$pp/p\bar{p} \to W^\pm \to \mu^\pm \nu_\mu$過程にPOWHEGフレームワークを用いて実装する。
• ${\cal O}(\alpha)$電弱補正はWGRAD2プログラムから得られ、QCD補正を施したPOWHEGフレームワークと統合し、1つのイベントジェネレータとして組み合わせる。
• 統合されたジェネレータはPythiaおよびHerwigとインターフェースされ、パートンシャワー効果を含め、最終状態の放射と検出器レベルの観測量のリアルなシミュレーションが可能になる。
• 全断面積および微分断面積の数値的結果が得られ、検出器分解能および実験的カット効果も含む。
• 固定オーダー補正とパートンシャワーの適切なマッチングが保証され、赤外安全性および運動量分布の精度が維持される。
• 本実装により、Wボソン質量測定の文脈においてQCDおよび電弱補正を一貫して取り扱える。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 次-leading-order QCD補正と組み合わせた${\cal O}(\alpha)$電弱補正が、Wボソン生成の全断面積および微分断面積にどのように影響するか。
• RQ2 実際の検出器分解能効果を含めた状況下で、電弱補正がWボソン運動量分布に与える影響は何か。
• RQ3 QCDおよび電弱補正が、Wボソン質量再構築に重要な最終状態分布をどのように形作るか。
• RQ4 QCD効果がシミュレーションにすでに取り入れられている状況でも、電弱補正がどの程度顕著に残るか。
• RQ5 統合されたQCD+EWモンテカルロフレームワークは、TevatronおよびLHCにおけるWボソン生成の実験的観測量を正確にモデル化できるか。

主な発見

• ${\cal O}(\alpha)$電弱補正を組み込むことで、QCD補正を適用した後でさえも、Wボソンのインバリアント質量分布に測定可能なシフトが生じる。
• QCD効果が存在する中でも、特にWボソンの高横運動量領域において、電弱補正が顕著に残る。
• 検出器分解能効果は電弱補正への感受性を抑制するが、完全に消失させはせず、微分断面積においても依然として顕在する。
• QCD+EWモンテカルロジェネレータは、TevatronおよびLHCでの実験的測定と整合する全断面積の信頼性ある予測を生成する。
• 本フレームワークはPythiaおよびHerwigと正常にインターフェースされ、完全な放射および検出器効果を含むWボソンイベントのリアルなシミュレーションが可能である。
• 本研究により、必要な理論的精度を達成するためには、Wボソン質量測定において電弱補正を含める必要があることが確認された。