[論文レビュー] Combining parton showers and NNLO matrix elements

Stefan Hoeche, Ye Li+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 19, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 9

ひとこと要約

本稿では、SHERPAイベントジェネレータにおける次々次の項固定オーダー（NNLO）QCD計算とパートンシャワーのマッチングを可能にするUN2LOPS手法を提示する。この手法により、LHCにおけるDrell-Yanおよびヒッグス粒子生成の、正確で排他的なイベントごとのシミュレーションが実現される。この方法は、NNLO補正を解体されたジェット領域と解体されない領域に分離し、有限のNLOマッチド1ジェット計算とNNLO遮断付きハード過程を用いることで、完全なNNLO結果との改善された一致を達成する。特に横運動量スペクトルにおいて顕著である。

ABSTRACT

In this talk, we discuss recent developments in combining parton showers and fixed-order calculations. We focus on the UNNLOPS method for matching next-to-next-to-leading order computations to the parton shower, and we present results from Sherpa for Drell-Yan lepton-pair and Higgs-boson production at the LHC.

研究の動機と目的

• イベントジェネレータにおけるNNLO固定オーダー計算とパートンシャワーのマッチングを、プロセスに依存しない堅牢な方法で開発すること。
• 排他的なイベントレベルのシミュレーションに高次のQCD補正を組み込むことで、LHCの素粒子物理学的予測における理論的不確実性を低減すること。
• 高次の行列要素とパートンシャワーの再帰的和算の統合におけるユニタリティの破れとスケールの曖昧さを解決すること。
• Drell-Yanおよびヒッグス粒子生成といった主要プロセスについて、NNLO+PS精度での正確な予測を可能にすること。
• NNLO PDFとマッチングスキームの影響が、横運動量分布および包含的観測量に与える影響を評価すること。

提案手法

• UN2LOPS手法は、NNLO補正を有限のNLOマッチド1ジェット過程と遮断付きNNLOハード過程の組み合わせとして扱い、位相空間の一貫性を保証する。
• 固定オーダー行列要素とパートンシャワーのスダコフ因子の不一致を是正するため、UNLOPSの「加えるものを引く」という哲学を適用する。
• 物理的一致性を保ち、二重に数え上げるのを避けるために、パートンシャワーの赤外切断より小さい分離スケールを用いる。
• NNLO計算は、q⊥-カット法を用いてSHERPAに直接実装され、効率性のため事前テーブル化されたK要因が使用される。
• ヒッグス粒子生成の感度を評価するために、2つのマッチングスキーム（個別的および因子化）が用いられる。
• この手法は、NLOマッチド1ジェット計算の安定性に依存しており、これがNNLO精度の基盤をなす。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 排他的なイベントごとのシミュレーションにおいて、プロセスに依存しない方法でNNLO精度をパートンシャワーと一貫して組み合わせることは可能か？
• RQ2 異なるマッチングスキーム（個別的対因子化）が、NNLO+PSシミュレーションにおけるヒッグス粒子の横運動量分布に与える影響は何か？
• RQ3 NNLO PDFは、包含的Drell-Yan観測量におけるNLOレベルの予測をどの程度改善するか？
• RQ4 ヒッグス粒子生成の低pT領域において、NNLO+PSマッチド結果に残存する不確実性はどの程度か？
• RQ5 QCDジェットを伴うプロセスへの適用を含め、UN2LOPSの結果は、MINLOなどの既存手法と比較して、精度と適用範囲において優れているか？

主な発見

• 包含的Drell-Yan観測量に関しては、NNLO PDFを用いたNLO計算が、正規化および形状の両面で完全なNNLO結果を再現しており、包含的状況下でのNNLO PDFの堅牢性を示している。
• 最終状態の横運動量が重要になる高pT領域（pT > 40 GeV）では、NLO+NNLO PDFはNNLO結果を再現できないため、NNLO+PSマッチングの必要性が強調される。
• SHERPAにおけるUN2LOPSの実装は、ヒッグス粒子生成において、個別的マッチングが因子化スキームよりもHqTプログラムのNNLO+NNLL結果とより良い一致を示していることを示している。
• パートンシャワーの開始スケールに起因する残存不確実性は、低pT領域で顕著であり、HqTにおける再帰的和算スケールの変動よりも大きい。これは、より改善されたパートンシャワーモデルの必要性を示唆している。
• この手法は、Drell-Yanおよびヒッグス粒子生成の両方について、安定で有限のイベントを生成でき、SHERPAでの公開結果とコードが利用可能である。
• UN2LOPSにおける分離スケールは、パートンシャワーの赤外切断より小さく保たれなければならない。これにより、ユニタリティと物理的一致性が維持される。