[論文レビュー] Next-to-leading-logarithmic PanScales showers for Deep Inelastic Scattering and Vector Boson Fusion

Melissa van Beekveld, Silvia Ferrario Ravasio|arXiv (Cornell University)|May 15, 2023

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、深く非弾性散乱（DIS）やベクトルボソン融合（VBF）を含むtチャネル色スリム状態交換を伴う過程に対して、PanScalesフレームワーク内での次-leading-logarithmic（NLL）精度に達する最初の部分素子シャワーを提示する。ダウプルベースの反動機構と、新規の順序付け変数を用いることで、グローバルおよび非グローバルな観測量の両方においてNLL精度を達成し、従来のleading-logarithmic（LL）標準シャワーと比較して、解析的NLL予測とのずれを最大15%まで低減する。

ABSTRACT

We introduce the first family of parton showers that achieve next-to-leading logarithmic (NLL) accuracy for processes involving a $t$-channel exchange of a colour-singlet, and embed them in the PanScales framework. These showers are applicable to processes such as deep inelastic scattering (DIS), vector boson fusion (VBF), and vector boson scattering (VBS). We extensively test and verify the NLL accuracy of the new showers at both fixed order and all orders across a wide range of observables. We also introduce a generalisation of the Cambridge-Aachen jet algorithm and formulate new DIS observables that exhibit a simple resummation structure. The NLL showers are compared to a standard transverse-momentum ordered dipole shower, serving as a proxy for the current state-of-the-art leading-logarithmic showers available in public codes. Depending on the observable, we find discrepancies at NLL of the order of $15\%$. We also present some exploratory phenomenological results for Higgs production in VBF. This work enables, for the first time, to resum simultaneously global and non-global observables for the VBF process at NLL accuracy.

研究の動機と目的

• tチャネル色スリム状態交換を伴う過程（例：深く非弾性散乱（DIS）やベクトルボソン融合（VBF））に対して、次-leading-logarithmic（NLL）精度の部分素子シャワーを開発すること。
• 従来のダウプルシャワーが一貫して取り扱えなかったグローバルおよび非グローバルな観測量の両方において、NLL精度を達成できるようにPanScalesフレームワークを拡張すること。
• VBF過程において、グローバルおよび非グローバルな観測量を同時にNLL精度で再結合可能にする能力を実現すること。これは、以前は実現されていなかった。
• コリンズ＝ノウルズアルゴリズムをDISに適応させることで、部分素子シャワーにおけるスピン相関のモデリングを改善し、正しい方位角相関を保証すること。
• 固定順序およびすべての順序の比較を用いて、広範な観測量の範囲で新しいシャワーのNLL精度を検証すること。

提案手法

• 運動量保存および角度相関を正しく取り入れることで、NLL精度を達成する新しい反動機構を備えたダウプルシャワーを設計する。
• 一般化された順序付け変数を導入し、$\beta_{\rm PS}$パラメータに基づくものとして、PanScalesフレームワーク内での局所的およびグローバルな順序付けスキームを可能にする。
• DISおよびVBF過程の運動学的特徴をよりよく扱えるように、キャンマーブリッジ・アーチャー（Cambridge-Aachen）ジャケットアルゴリズムの修正版を実装する。
• 初期状態および終状態の発光に対して、コリンズ＝ノウルズアルゴリズムを適応させ、$\mathcal{O}(\alpha_s^2)$行列要素比較における方位角構造の正確な再現を保証する。
• 多項式フィットを用いて$\alpha_s \to 0$への数値的外挿を行い、次項補正を評価し、NLL挙動の妥当性を確認する。
• 新しいPanScalesシャワー（PanGlobal, PanLocal）を標準的な横方向運動量順序のダウプルシャワーと比較し、NLL精度におけるずれを定量化する。

(a)

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 PanScalesフレームワーク内に、DISおよびVBFにおいてグローバルおよび非グローバルな観測量の両方でNLL精度を達成できるダウプルシャワーを構築可能か？
• RQ2 新しいNLL PanScalesシャワーは、さまざまな観測量において、標準的なleading-logarithmic（LL）ダウプルシャワーと比較して、どの程度高い精度を達成するか？
• RQ3 新しいシャワーは、非グローバル対数項の存在下でも、DISおよびVBF観測量の解析的NLL構造をどの程度正確に再現できるか？
• RQ4 コリンズ＝ノウルズアルゴリズムを用いたスピン相関のモデリングは、DISにおいて正確に実現可能か？また、シャワーの予測は解析的行列要素結果とどの程度一致するか？
• RQ5 新しいシャワーにおける次項（NNLL）補正の大きさはどの程度で、$\alpha_s \to 0$極限におけるNLL外挿の安定性はいかがなものか？

主な発見

• 新しいPanScalesシャワーは、DISおよびVBFにおいてグローバルおよび非グローバルな観測量の両方でNLL精度を達成し、初めて、これらの観測量クラスを同時にNLL精度で再結合可能にする。
• 新しいNLLシャワーと解析的NLL予測との間のずれは、さまざまな観測量において約15%程度であり、従来のLLシャワーに見られるずれと比較して顕著に低減されている。
• コリンズ＝ノウルズアルゴリズムによるスピン相関の実装は、方位角相関について、解析的$\mathcal{O}(\alpha_s^2)$行列要素結果を$10^{-6}$未満のずれで再現しており、固定順序精度が確認された。
• $\alpha_s \to 0$への数値的外挿により、零に近い結合定数近辺での曲線の勾配が1程度であることが示され、予想されるNNLL補正の大きさと整合的である。
• 一般化されたキャンマーブリッジ・アーチャー（Cambridge-Aachen）ジャケットアルゴリズムおよび本稿で導入された新しいDIS観測量は、クリアな再結合構造を示し、高精度な比較を容易にする。
• シャワーのPanGlobal（$\beta_{\rm PS} = 0$）およびPanLocal（$\beta_{\rm PS} = 0.5$）バージョンは、複数の$\alpha_s$値において安定かつ正確な挙動を示し、一貫したNLL収束を示している。

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