[論文レビュー] Jet cross sections and transverse momentum distributions with NNLOJET

T. Gehrmann, Xuan Chen+10 more|arXiv (Cornell University)|Jan 19, 2018

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 35被引用数 16

ひとこと要約

本稿では、赤外特異性を処理するためのアンテナ減算法を実装したNNLOJETフレームワークを用いて、 jets 戦略的断面積および横運動量分布に対する次々に高次の (NNLO) QCD補正を提示する。結果は理論的不確かさの顕著な低減とLHCデータとの改善された一致を示しており、特に低質量および低ラピディティ領域の二ジェット系において顕著である。これは、NNLO精度でのグローバルPDFおよびαsの決定に向けたフレームワークの精度を裏付けるものである。

ABSTRACT

This talk discusses recent results for next-to-next-to-leading order (NNLO) QCD corrections to jet cross sections and transverse momentum distributions. The results are obtained in the NNLOJET code framework, which provides an implementation of the antenna subtraction method for the handling of infrared singular contributions at NNLO. We briefly describe the NNLOJET implementation, with particular emphasis on the construction of the real radiation phase space, which is tailored to ensure stability in all infrared sensitive regions.

研究の動機と目的

• ハドロン衝突におけるジェット生成について、完全微分的NNLO QCD予測を提供すること。NLO計算の限界を克服することを目的とする。
• 高次のQCD補正を組み込むことで、ジェット断面積および横運動量分布における理論的不確かさを低減すること。
• 高精度のNNLOデータを用いて、パートン分布関数 (PDF) および強い結合定数 αs の正確なグローバルフィットを可能にすること。
• 特に複数のジェットを含む過程を対象とした、コライダー理論的記述におけるNNLO計算のための堅牢な計算インfraストラクチャの開発。
• 7 TeVでのATLAS二ジェットデータと比較することで、NNLOJETフレームワークの妥当性を検証し、運動量分布の記述の改善を示すこと。

提案手法

• 二重実効 (RR)、実-虚 (RV)、二重虚 (VV) 構成における赤外特異性を体系的に処理するため、NNLOJETフレームワーク内にアンテナ減算法を実装すること。
• 共線および三重共線極限における角度相関を扱うために、回転されたフェーズ空間点を生成するフェーズ空間生成器の構築。赤外に敏感な領域での安定性を確保する。
• NNLO計算の高い計算コスト、特にRR過程に対して、OpenMP並列化を用いたモンテカルロフェーズ空間積分の使用。
• Z+j、W+j、H+j、二ジェット、三ジェット生成を含む2→2過程の二ループ行列要素を統合的イベントジェネレータフレームワーク内に統合すること。
• 理論的不確実性の評価およびデータ記述の改善のため、スケール変動と電弱補正を乗法的要因として適用すること。
• 減算項の妥当性を点ごとの収束チェックと既知の文献結果とのベンチマークにより検証すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NNLO QCD補正は、NLO予測と比較して、二ジェットインvariant質量および横運動量分布の記述をどの程度改善するか？
• RQ2 LHCにおけるジェット生成において、NNLO補正はスケール変動に起因する理論的不確実性をどの程度低減するか？
• RQ3 NNLOJETは、NLO予測が失敗する低質量および低ラピディティ領域におけるジェットの運動量的挙動を正確にモデル化できるか？
• RQ4 NNLO補正を組み込むことで、強い結合定数 αs およびパートン分布関数のグローバル決定にどのような影響を与えるか？
• RQ5 NNLOJETにおけるアンテナ減算法は、三重共線配置を含むすべての赤外極限で数値的安定性をどのように確保するか？

主な発見

• NNLO補正により理論的予測のスケール依存性が顕著に低減され、図3におけるNNLO帯はNLO帯と比較してはるかに狭い不確実性帯を示している。
• NNLO予測は、二ジェットインvariant質量およびラピディティの全範囲でATLASデータと非常に良好に一致しており、特にNLOが失敗する低質量および低ラピディティ領域での記述の改善が顕著である。
• 電弱補正を乗法的要因として適用することで、高インバリアント質量および中央ラピディティ領域（|y*| < 0.5、mjj > 2 TeV）におけるデータとの一致がさらに向上した。
• NNLOJETフレームワークにより、H1深エネルギー非弾性散乱データからαs = 0.1157(20)exp(29)の新たな抽出が可能となり、グローバルフィットと整合的であるが、精度が向上した。
• フレームワークは、典型的に80,000～250,000コア時間の実行時間を要する2→2過程のNNLO計算をサポートしており、主に二重実効放射の寄与が支配的である。
• NNLO結果をパラメータ化するためのグリッドテーブルの使用により、グローバルPDFフィットへの統合が可能となり、グローバル解析における広範な利用への第一歩を示している。