[論文レビュー] Next-to-leading-order electroweak corrections to pp->WW->4 leptons in double-pole approximation at the LHC

M. Billoni, S. Dittmaier+2 more|arXiv (Cornell University)|Nov 21, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 12被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、LHCにおけるpp→WW→4レプトン過程におけるWボソン対生成に対する次-leading-order電弱補正を、RacoonWWフレームワーク内での二重極子近似（DPA）を用いて提示する。仮想補正および実補正を、完全な非オンシェル効果とスピン相関を含めて計算し、光子を初期状態に持つ過程（γγおよびqγ）が高運動量領域の分布を顕著に変化させ、補正の主導的寄与を占めることを明らかにした。これは、補正の合計値を最大30%まで減少させる。この結果は、精度の高いヒッグス粒子および新しい物理の探索において電弱効果を含める必要性を強調する。

ABSTRACT

We report on our calculation of next-to-leading-order electroweak corrections to W-boson pair production at the LHC, taking into account off-shell effects and spin correlations of the W bosons and their leptonic decays in the framework of a double-pole approximation. We study the various contributions to the electroweak corrections in detail and discuss their impact on selected observables within a realistic event-selection setup.

研究の動機と目的

• LHCにおけるpp→WW→4レプトン過程におけるW対生成に対する次-leading-order電弱補正を、完全な非オンシェル効果およびスピン相関を含めて計算すること。
• 特に光子誘発過程の寄与を含めた個々の寄与が、全断面積および微分断面積に与える影響を評価すること。
• ハドロン的W対生成の文脈において、二重極子近似（DPA）の妥当性と正確さを評価すること。
• ヒッグス粒子の崩壊および新しい物理探索の精度分析において、NLO電弱補正が不可欠であるかどうかを特定すること。

提案手法

• 仮想電弱補正を計算するために二重極子近似（DPA）を用い、因子化可能および非因子化可能な寄与を分離する。
• RacoonWWアプローチを用いて、2→4行列要素におけるWボソンの非オンシェルプロパゲーターとスピン相関をモデル化する。
• 実放射過程を正確に扱い、クォークおよび光子からの初期状態放射を単純化せずに含める。
• 実際のイベント選択カット（例：ジェット遮断、ATLASに類似したカット）を適用して、実験的条件を模擬する。
• 完全なオフシェル2→4行列要素フレームワークを用い、QCDおよび電弱結合を完全に含めて数値計算を実施する。
• 各過程（¯qq、¯bb、γγ、qγ）の相対的補正を比較し、¯qqを正規化チャネルとする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NLO電弱補正は、LHCにおけるpp→WW→4レプトン過程の全断面積にどのように影響を与えるか？
• RQ2 光子誘発過程（γγおよびqγ）は、最終状態レプトンの高運動量領域における分布にどの程度歪みをもたらすか？
• RQ3 ハドロン的W対生成における電弱補正に関して、二重極子近似（DPA）は完全計算と比較してどの程度正確か？
• RQ4 レプトン対の速さ差および横運動量といった微分観測量に対する電弱補正の相対的影響は何か？
• RQ5 ジェット遮断条件が、QCD強化寄与を十分に抑制できるか。その結果、高pT尾部において電弱補正が支配的になるか？

主な発見

• ATLASに類似したカットを適用した√s = 8 TeVにおける¯qq誘発過程の全NLO電弱補正は約-2.7%であるが、他の寄与によって顕著に修正される。
• 光子誘発過程（γγおよびqγ）は全補正の5–10%を占め、高pT領域ではqγが支配的になる。
• pT,e ≈ 0.9 TeVにおけるqγ過程の相対的補正は最大30%に達し、tチャネルWγ振幅およびハードジェットへの反動がその要因である。
• 電子とミューオンの系の横運動量分布には、高pT領域で¯qqからの大きな負の補正が見られ、γγおよびqγ過程からの正の寄与によって部分的に相殺される。
• 全断面積における補正の合計は小さい（5%未満）が、分布は顕著に歪み、特に高運動量尾部で顕著である。
• ジェット遮断がない場合、qγ寄与は尾部で著しく増加し、純粋なNLO QCD予測が高pT領域においては不十分であることが示唆される。