[論文レビュー] NLO event samples for the LHC

Maria Vittoria Garzelli, Ádám Kardos+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 6, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 6

ひとこと要約

本論文では、LHCにおけるトップクォーク対生成のNLO QCD正確なモンテカルロイベントサンプルのウェブベースのリポジトリを提示する。これらのサンプルはPOWHEG法を用いて生成され、Les Houches Accordフォーマットを介して部分素線形成とインターフェース化されている。サンプルにはt\bar{t}、t\bar{t}+H、およびt\bar{t}+jet最終状態が含まれ、NLO精度と部分素線形成効果を備えた完全に微分可能なハドロンレベルのシミュレーションを可能にし、独立した計算結果および実験的カットと照合済みである。

ABSTRACT

We introduce a twiki page with collections of generated Monte Carlo event samples in proton-proton collisions at LHC energies including a heavy quark-antiquark pair in the final state. These samples are generated with the POWHEG method and can be used to prepare distributions at the NLO accuracy with first radiation treated according to the parton shower approach. Information related to each event is stored in the form prescribed by the Les Houches Accords. Standard parton shower Monte Carlo programs can be used to further evolve these events, and simulate events at the hadron level, ready for almost arbitrary experimental analysis. Currently the available final states are the following: (i) t + \bar{t}, (ii) t + \bar{t} + H, (iii) t + \bar{t} + jet, while the generation of several other final states is in progress.

研究の動機と目的

• LHCにおける標準模型粒子と連関するトップクォーク対生成のNLO正確で、部分素線形成に対応したイベントサンプルを提供すること。
• NLO行列要素と部分素線形成およびハドロン化効果を組み合わせることで、理論的予測と実験データの直接比較を可能にすること。
• POWHEGフレームワークを用いて、NLO計算（HELAC-NLO）と部分素線形成プログラム（PYTHIA、HERWIG）の間で標準化され、再利用可能なインターフェースを確立すること。
• 公開済みのNLO結果および独立した振幅計算機とのクロスチェックを通じて、生成されたサンプルの正確性を検証すること。
• ダウンロード可能なイベントファイルに加え、関連分析スクリプトおよび物理的パrameterを提供することで、実験的解析を支援すること。

提案手法

• イベントサンプルは、NLO行列要素と部分素線形成における最初の放射を組み合わせるPOWHEG-BOXフレームワークを用いて生成された。
• 行列要素はHELAC-Oneloop（ボーン過程および実放射）とHELAC-PHEGAS（実放射）を用いて計算され、色およびスピン相関はHELAC-Dipolesで取り扱われた。
• イベント情報の格納にはLes Houchesイベントファイル（LHEF）フォーマットが用いられ、標準的な部分素線形成プログラムとの互換性が保証された。
• 最初の放射は横方向運動量順序に従い定義され、POWHEG法による大規模対数の再結合と整合的である。
• スパークの進化はPYTHIA 6.425およびHERWIG 6.520を用いて実行され、ジャケット再構築にはFastJet 2.4.3が使用された。
• 広角のソフトな放射に対しては、HERWIGでは切り詰められたスパークが実装されていないため、低横方向運動量領域にわずかな差異が生じる可能性がある。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NLO QCD補正をどのように効率的に部分素線形成とインターフェース化することで、LHCにおけるトップクォーク物理学の正確なハドロンレベルのイベントサンプルを生成できるか？
• RQ2 生成されたイベントサンプルが、公開済みのNLO断面積および微分分布とどの程度一致するか？
• RQ3 部分素線形成およびハドロン化効果が、t\bar{t}+jetおよびt\bar{t}+H最終状態における$H_\perp$分布に与える影響はいかほどか？
• RQ4 異なる振幅計算機（例：HELAC-NLO 対 MADLOOP）間で行列要素計算がどの程度一貫しているか？
• RQ5 POWHEG-BOXフレームワークは、NLO正確かつ標準的な実験的解析ツールと互換性を持つイベントファイルを信頼性高く生成できるか？

主な発見

• 本研究で計算されたt\bar{t}+jetおよびt\bar{t}+H過程の断面積は、統計的積分誤差の範囲内で、既に発表済みのNLO結果と一致した。
• POWHEG-BOXの行列要素とMADLOOPの結果との間で、すべてのテストされた位相空間領域で5〜6桁の一致が確認された。
• ジャケットの横方向運動量およびヒッグスの急速度に関する微分分布は、NLOとPowHel（POWHEG+HELAC）予測の間で良好な一致を示し、NLO精度を超える部分では予想されるずれが見られた。
• 部分素線形成を適用することで、$H_\perp$分布は著しく緩和される傾向を示し、これはスパークメカニズムの期待通りの結果であった。PYTHIAおよびHERWIG両シミュレーションで一貫した傾向が観察された。
• ハドロンレベルにおけるPowHel+HERWIGとPowHel+PYTHIAの予測比は、$H_\perp$スペクトルの大部分で約10％以内に収まっており、スパークモデルの違いにかかわらず結果の整合性が保たれていることが示された。
• HERWIGでは切り詰められたスパークが実装されていないため、低-$p_\perp$領域にわずかだが非ゼロの影響が生じるが、過去の研究ではこれが無視できる程度であったと判明している。