[論文レビュー] Electroweak corrections to the Drell-Yan process in the high dimuon mass range

V. Zykunov|ArXiv.org|Feb 20, 2007

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、高次元ミュオン質量（最大5 TeV）におけるDrell-Yan過程の1ループ電弱放射修正をO(α)で完全に提示する。アスキムトティック・アプローチと一般化関数（θ関数およびδ関数）を用いることで、高速かつ高精度な数値計算が可能となる。FORTRANコードREADYは、1 TeVで−5.6%、5 TeVで−35.3%に達する修正を計算する。主な負の寄与はWボソン・ボックスと最終状態放射線に起因し、LHCにおける高精度なニュー・フォリシックス探索にとって不可欠である。

ABSTRACT

The complete electroweak radiative O(α) corrections to the Drell-Yan process at large invariant dimuon mass have been studied. All formulas for the cross sections and kinematical restrictions are presented in explicit form, for the simplification of calculation and coding the theta- and delta-functions are actively used. The FORTRAN code READY for the numerical analysis in the high energy region corresponding to the future experiments at the CERN Large Hadron Collider has been constructed. To simulate the detector acceptance we used the standard CMS detector cuts. The radiative corrections are found to become large at high dimuon mass M, the complete corrections at "bare" setup change the dimuon mass distribution up to ~ -5.6% (-23.2%; -35.3%) at the LHC energy and M=1 (3; 5)TeV.

研究の動機と目的

• LHCにおけるニュー・フォリシックス探索に関連する、高インvariant質量の2次元ミュオン状態（1–5 TeV）におけるDrell-Yan過程の、O(α)での高精度な電弱放射修正を計算すること。
• θ関数およびδ関数を用いて断面積および運動的制約を明示的かつ積分可能な形に表現することで、モンテカルロジェネレータに組み込むための高速かつ高精度な数値計算ツール（READYコード）を開発すること。
• ボソン自己エネルギー、頂点補正、ボックス、ブレムストラールングなどの個々の電弱修正寄与が、高エネルギー域における2次元ミュオン質量分布に与える影響を定量化すること。
• 標準CMSのカット（pT ≥ 20 GeV、|η| ≤ 2.4）を用いて検出器効果をシミュレートし、「ベア」ミュオン識別条件（エネルギーのスメアリングなし、光子の再結合なし）における修正の影響を評価すること。
• 既存のプログラム（SANC、ZGRAD、DY2002）との比較による結果の妥当性を検証し、今後の高精度解析に向けた信頼性を確保すること。

提案手法

• 高エネルギースケールにおける電弱修正を対数関数の級数展開で体系的に扱うために、アスキムトティック・アプローチ（AA）が適用される。特にダブル・スダコフ対数（DSL）に注目する。
• 断面積および運動的制約が一般化関数（θ関数およびδ関数）を用いて表現され、数値評価のための効率的な適応的多次元積分が可能になる。
• FORTRANコードREADYが、仮想修正（BSE、HV、ボックス）、初期状態放射線（ISR）、最終状態放射線（FSR）、干渉項を含む、完全なO(α)電弱修正を計算するために実装される。
• 計算にはすべての関連寄与が含まれる：ボソン自己エネルギー（BSE）、重クォーク頂点補正（HV）、γγ、γZ、ZZ、WWボックス、およびソフト／ハード光子放出（ISR、FSR、INT）。
• 検出器効果は、標準CMSの受容性カット（pT(μ) ≥ 20 GeV、|η(μ)| ≤ 2.4）を用いてモデル化され、ミュオンエネルギーのスメアリングや光子再結合なしの「ベア」設定が採用される。
• 数値解析はLHCエネルギー（13–14 TeV）で実施され、2次元ミュオン質量分布およびMの関数としての相対修正δM^Cに注目する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LHC物理学の文脈において、高次元ミュオン質量（1–5 TeV）におけるDrell-Yan過程の完全なO(α)電弱修正はどの程度の大きさか？
• RQ2 高質量領域における放射修正を支配するのは、Wボックス、頂点補正、ブレムストラールングなどの個々の電弱寄与のどれか？
• RQ3 ダブル・スダコフ対数（DSL）とシングル・スダコフ対数（SSL）は、TeVスケールエネルギーにおける修正パターンにどの程度の影響を及ぼすか？
• RQ4 修正は検出器レベルのカットにどのように依存し、また「ベア」ミュオン識別設定を用いることでどのような影響が生じるか？
• RQ5 既存のプログラム（SANC、ZGRAD、DY2002）との比較では結果はどうなるか？今後の高精度解析に向けたクロスチェックの意義は何か？

主な発見

• 「ベア」設定下でのLHCエネルギーにおいて、完全なO(α)電弱修正は、M = 1 TeVで最大−5.6%、M = 5 TeVで−35.3%まで2次元ミュオン質量分布を低下させる。
• 主な負の寄与はWボソン・ボックスに起因し、ボーン振幅と破壊的干渉を示し、スダコフ対数に比例して増大する。
• 最終状態放射線（FSR）は−0.071、初期状態放射線（ISR）は−0.019を寄与し、両者とも断面積を顕著に減少させる。
• WWボックス寄与は一意に負であり、頂点補正（HV）とボソン自己エネルギー（BSE）の正の寄与（それぞれ約+0.07および+0.12）よりも大きくなる。
• 頂点図におけるシングル・スダコフ対数（SSL）（図1d–e）は、M = 1 TeVでダブル・スダコフ対数（DSL）の最大9倍に達し、形式的には支配的であるDSLに比べて顕著に大きい。
• 全修正は負であり、M = 1 TeVで−0.056（−5.6%）に達し、ニュー・フォリシックス探索において考慮すべき顕著な電弱バックグラウンドであることが示された。