[論文レビュー] N$^3$LL resummation of one-jettiness for $Z$-boson plus jet production at hadron colliders

Simone Alioli, Guido Bell+8 more|arXiv (Cornell University)|Dec 11, 2023

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 2

ひとこと要約

本稿では、ハドロン衝突におけるZボソン＋ジェット生成過程の1ジェット性変数の、初めてのN³LL（第3対数的順序）の再結合を提示している。これは、Bornレベルで3つの色荷を持つパートオンを含む過程において、最先端の精度に到達している。4次ループのcusp異常次元および2次ループのソフト境界項を含む高度な摂動的QCDの要素を用いて、再結合結果を固定順序計算とマッチングさせ、特に複数のハード発光領域を含む全位相空間において高精度な予測を可能にしている。

ABSTRACT

We present the resummation of one-jettiness for the colour-singlet plus jet production process $p p o ( \gamma^*/Z o \ell^+ \ell^-) + { ext{jet}}$ at hadron colliders up to the fourth logarithmic order (N$^3$LL). This is the first resummation at this order for processes involving three coloured partons at the Born level. We match our resummation formula to the corresponding fixed-order predictions, extending the validity of our results to regions of the phase space where further hard emissions are present. This result paves the way for the construction of next-to-next-to-leading order simulations for colour-singlet plus jet production matched to parton showers in the \geneva framework.

研究の動機と目的

• ハドロン衝突におけるZボソン＋ジェット生成過程の1ジェット性変数について、N³LL再結合を達成すること。
• Bornレベルで3つの色荷を持つパートオンを含む過程について、NNLLを超える理論的精度を拡張し、LHCデータとの高精度な比較を可能にすること。
• 全運動量領域にわたって有効な、再結合済みと固定順序の予測を提供すること、特に複数のハードジェットを含む領域を含むこと。
• 将来のGenevaフレームワークにおけるZ+ジェット過程のN²LO＋パートオンシャワーのシミュレーションを可能にすること。

提案手法

• 1ジェット性変数の因子化公式をpp → Z + ジェット + Xに対して、ソフト・コリネント有効理論（SCET）を適用して導出する。
• 高次の摂動的要素を用いる：4次ループのcusp異常次元および2次ループのソフト境界項。
• ハード関数、ビーム関数、ジェット関数、ソフト関数の相互作用を、N³LLまでの大規模対数の再結合を実現するための、正規化群の発展に従って進める。
• N³LL再結合断面積を固定順序予測（NNLO）とマッチングさせ、複数のハード発光領域への有効性を拡張する。
• 実験フレームと色スイングレットゼロラプティュードフレームの両方で再結合を実装し、フレーム依存のρパラメータを用いる。
• 数値的実装を行い、異なる運動量フレームにおける固定順序分布との比較を通じて、結果の妥当性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ハドロン衝突におけるZ+ジェット生成過程で、Bornレベルに3つの色荷を持つパートオンを含む場合に、1ジェット性変数のN³LL再結合を達成できるか？
• RQ2 4次ループのcusp異常次元および2次ループのソフト境界項の影響は、再結合の精度にどのように寄与するか？
• RQ3 マッチングされたN³LL+NNLO予測は、複数のハードジェットを含むような異なる運動量領域でも、どのように性能を発揮するか？
• RQ4 再結合結果は、実験フレームと色スイングレットゼロラプティュードフレームの両方で、固定順序計算と一貫してマッチング可能か？
• RQ5 フレーム依存のρパラメータは、1ジェット性変数定義における縦方向ブースト不変性を保つために果たす役割は何か？

主な発見

• これは、Bornレベルで3つの色荷を持つパートオンを含む過程について、1ジェット性変数のN³LL再結合の初の実現であり、精度の高いQCDにおける顕著な前進を示している。
• 4次ループのcusp異常次元および2次ループのソフト境界項の導入により、N³LLまで正確な再結合が可能になった。
• マッチングされたN³LL+NNLO予測により、複数のハード発光領域への再結合結果の有効性が拡張され、位相空間全体にわたる信頼性が向上した。
• 数値的結果は、特にT1が小さい領域で収束性が向上し、スケール依存性が低減していることを示している。
• 実験フレームと色スイングレットゼロラプティュードフレームの両方で実装が一貫しており、フレーム依存のρパラメータがブースト不変性を保証している。
• 本結果は、Z+ジェット生成過程におけるGenevaフレームワークにおけるN²LO＋パートオンシャワーのシミュレーションの実現に道筋を示している。