[論文レビュー] Modelling Wt and tWZ production at NLO for ATLAS analyses

O. Bessidskaia Bylund|arXiv (Cornell University)|Nov 30, 2016

Superconducting Materials and Applications被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、運動量再配分を用いない次-leading order (NLO) QCD計算において、$Wt$ および $tWZ$ 生産をモデル化する Diagram Removal 2 (DR2) を評価する。DR2 は $t\bar{t}$ および $t\bar{t}Z$ プロセスとの干渉効果を保持する。DR1 と比較して、$Wt$ では10%、$tWZ$ では28% のクロスセクション低減が見られ、ATLAS分析の選択条件に近い微分分布で顕著な差が生じる。

ABSTRACT

The generation of single top production in the $Wt$ channel at NLO gives rise to doubly-resonant diagrams that overlap with $t \bar t$, and similarly for associated production with a $Z$ or Higgs boson. Several methods exist to remove this overlap, thus avoiding double counting and separating the two processes. In Diagram Removal 1, the amplitudes of doubly-resonant diagrams are set to zero, which also removes the interference of $Wt$ with $t \bar t$. If a measurement is performed in a region where this interference is not negligible, it would be of interest to take it into account. Another method, Diagram Subtraction, preserves the interference. However, it relies upon momentum reshuffling, which introduces uncertainties to the prediction. An alternative method, Diagram Removal 2, does not involve reshuffling and preserves the interference by subtracting the amplitude squared of the doubly-resonant diagrams from the total. The predictions of Diagram Removal 2 from MG5_aMC@NLO are compared with other predictions for $Wt$ and $tWZ$ production in the context of analyses at the ATLAS experiment. Implications of using Diagram Removal 2 are discussed, both for measurements of single top processes and when $Wt$ or $tWZ$ are treated as a background. Differential distributions are shown, investigating in what regions the predictions differ the most.

研究の動機と目的

• NLO QCD計算における $Wt$/$tWZ$ と $t\bar{t}$/$t\bar{t}Z$ プロセス間の二重カウント問題に対処すること。
• 標準的なDiagram Removal 1で無視されている、$Wt$ と $t\bar{t}$、$tWZ$ と $t\bar{t}Z$ 間の干渉効果の影響を評価すること。
• 運動量再配分に基づく手法（例：Diagram Subtraction）とは異なり、ゲージ不変性を保つDiagram Removal 2 (DR2) を代替手法として妥当性を検証すること。
• ATLAS分析の選択条件に適合した、MG5_aMC@NLOを用いた $Wt$ および $tWZ$ 生産の正確なNLO予測を提供すること。
• ATLAS測定に関連する高多重ジェットおよび高-$p_T$ 領域における干渉効果に起因する理論的不確実性を定量化すること。

提案手法

• Diagram Removal 2 (DR2) を適用し、二重共鳴図の振幅の二乗を全行列要素の二乗から差し引くことで、運動量再配分を用いずに干渉効果を保持する。
• イベント生成には MG5_aMC@NLO を使用し、崩壊には MadSpin を、一部の散乱には Herwig++ や Pythia8 を用いる。
• DR2 の予測を Diagram Removal 1 (DR1)、Diagram Subtraction (DS)、およびATLAS Powheg-Boxのノーマルサンプルと比較する。
• ATLAS事前選択条件に一致する運動量カットを実装：レプトンでは $p_T > 20$ GeV、ジェットでは $p_T > 25$ GeV、$|\eta| < 2.5$。
• ジェット多重度、先頭ジェット $p_T$、$Z$ ボゾン $p_T$ における微分分布を分析し、最大の差が生じる領域を同定する。
• 事前に発表された $Wt$ および $tWH$ に関するゲージ不変な予測と比較し、DR2 の干渉効果モデル化の妥当性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 DR2 と DR1 の予測は、$Wt$ および $tWZ$ 生産の包括的クロスセクションでどのように異なるか？
• RQ2 DR1 と DR2 の予測が最も顕著に乖離する運動量領域はどこか？
• RQ3 $Wt$ と $t\bar{t}$ 間の干渉の大きさはどの程度で、微分分布にどのように影響を与えるか？
• RQ4 DR2 における干渉の取り入れ方は、特に高-$p_T$ および高ジェット多重度領域で $tWZ$ クロスセクションにどのように影響を与えるか？
• RQ5 DR2 の予測は、$Wt$ および $tWZ$ における干渉効果について、ゲージ不変なベンチマークとどの程度一致するか？

主な発見

• $Wt$ 生産の包括的クロスセクションは、DR2 では 10% 低く（7.09 pb）、DR1 では 7.87 pb であり、顕著な破壊的干渉効果を示している。
• $tWZ$ 生産では、DR2 のクロスセクション（12.2 fb）は DR1 の 15.6 fb よりも 28% 低く、大きな干渉寄与が反映されている。
• 微分分布の分析から、DR1 と DR2 の間で最大の差が生じるのは、高ジェット多重度および高 $p_T$ 領域、特に先頭ジェットおよび $Z$ ボゾンにおいて顕著である。
• $Wt$ と $t\bar{t}$ 間の干渉は破壊的であり、大きさは約 10% であり、過去の研究と整合的である。
• DR2 の予測は $Wt$ および $tWH$ についてのゲージ不変なベンチマークと一致しており、運動量再配分を用いずに干渉効果を正確にモデル化できることを確認した。
• $tWZ$ プロセスは $t\bar{t}Z$ および $t\bar{t}$ との複雑な干渉を示し、DR2 は微分観測量においてこの構造を効果的に捉えている。