[論文レビュー] Logarithmic corrections to the QCD component of same-sign W-pair production for VBS studies

Jeppe R. Andersen, B. Ducloué+4 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2021

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 51被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、ハイエナジー・ジェット（HEJ）フレームワークを用いて、スケーリングするαs log(ŝ/p⊥²)項を再結合することで、ベクトルボソン散乱（VBS）における同じ電荷のWボソン対生成への、初の先導対数（LL）QCD補正の計算を提示する。これらの補正は、特にVBSカット後のジェット多重度およびインバリアント質量分布に顕著な影響を及ぼし、LHCにおけるQCDバックグラウンドモデル化の正確性を確保する上で不可欠である。

ABSTRACT

We present the results of the first calculation of the logarithmic corrections to the QCD contribution to same-sign $W$-pair production, $pp o e^\pm ν_e μ^\pm ν_μjj$, for same-sign charged leptons. This includes all leading logarithmic contributions which scale as $α_W^4 α_s^{2+k}\log^k(\hat s/p_\perp^2)$. This process is important for the study of electroweak couplings and hence the QCD contributions are usually suppressed through a choice of Vector Boson Scattering (VBS) cuts. These select regions of phase space where logarithms in $\hat s/p_\perp^2$ are enhanced. While the logarithmic corrections lead to a small change for the cross sections, several distributions relevant for experimental studies are affected more significantly.

研究の動機と目的

• 同じ電荷のWボソン対生成におけるO(α²Wα²s)成分に対する対数的QCD補正を計算すること。
• これらの補正が、特に標準的なVBSカットを適用した後も、主要なLHC分布に与える影響を評価すること。
• 電弱対称性破れ研究のためのQCDバックグラウンドモデル化の精度を向上させること。
• LL補正が、包含的断面積にほとんど影響を及ぼさない場合でも、VBS位相空間において数値的に顕著であることを示すこと。

提案手法

• HEJ（ハイエナジー・ジェット）フレームワークを用いて、スケーリングがα⁴Wα²⁺ᵏs logᵏ(ŝ/p²⊥)に比例する先導対数項を再結合する。
• HEJ形式論において、2次対数精度でpp → W±W± + ≥2jのアモーチュードを構築する。
• 一意的なジェットレート（2〜6ジェット）を、一貫性を保つためにLOでの固定順序予測とマッチングする。
• VBSカット（大きなmjj、大きな|Δy|）を適用し、カット前後での分布を比較する。
• Sherpaを用いたシミュレーションで、NNPDF30 PDF、OpenLoopsによる行列要素、CSパートンシャワーを用いる。
• レプトン分離の有無を比較することで、ジェットレート分布へのその影響を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 αs log(ŝ/p²⊥)補正は、同じ電荷のWボソン対生成における一意的ジェットレートにどのように影響を与えるか？
• RQ2 VBSカットは、対数的QCD補正が分布に与える影響をどの程度強化するか？
• RQ3 レプトン分離を除いた場合、HEJが予測するジェットレートはNLO結果とどのように異なるか？
• RQ4 VBSカット後の3〜6ジェット最終状態の相対的寄与はどの程度で、LL補正によってどのように変化するか？
• RQ5 対数的補正は、標準的なVBSカット後の予測断面積をどのように変えるか？

主な発見

• VBSカット（|Δy| > 2.8、mjj > 400 GeV）を適用した後、LL補正を含むHEJ予測では断面積が包含的値の4%にまで低下するが、NLOでは9%にとどまるため、抑制効果の顕著な増幅が示された。
• HEJ2において3ジェット成分は2ジェット成分と同等の大きさとなり、NLOではそれを上回るようになるため、VBS位相空間内での重要性が浮き彫りになった。
• カット後も6ジェットの排他的レートは2ジェットレートの約4%を維持しており、高多重度最終状態が無視できないことが示された。
• レプトン分離を除くと、3ジェットレートは2ジェットレートを超えて上昇し、4〜6ジェットレートも上昇し、6ジェットレートは2ジェットレートの4%（分離ありでは3%）にまで上昇した。
• VBSカット下で3ジェット成分は顕著に増幅され、3ジェット以上への寄与も増大するため、正確なモデル化には高多重度ジェット状態を含める必要があることが示された。
• mjj や |Δy| の分布は、包含的断面積よりもLL補正に対してより感受性が高く、実験的解析において極めて重要である。