[論文レビュー] NLO QCD + EW corrections to $WWW$ production with leptonic decays at the LHC

Shen Yong-Bai, Zhang Ren-You+3 more|arXiv (Cornell University)|May 2, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 40被引用数 11

ひとこと要約

本稿では、スピン相関および有限幅効果を含む改善された狭い幅近似を用いて、LHCにおけるレプトン崩壊を伴う$WWW$生成におけるNLO QCDおよびNLO電弱補正を提示する。28.19%の顕著な補正（NLO QCD）と15.15%の補正（NLO EW）が得られ、特にスケール不確かさと摂動的安定性を向上させるためにハードジェット遮断を課した場合、両方の補正を含める必要があることが強調される。

ABSTRACT

In this paper we calculate the next-to-leading order (NLO) QCD and NLO electroweak (EW) corrections to $WWW$ production with subsequent $W$-boson leptonic decays at the LHC by adopting an improved narrow width approximation which takes into account the spin correlation and finite width effects from the $W^{\pm}$-boson decays. The NLO QCD correction from gluon-quark reaction channels is discussed, which enhances significantly the NLO QCD correction in high energy region for the transverse momentum and invariant mass distributions of final particle. We provide also the integrated cross section for the $WWW$ production and various kinematic distributions of final products with NLO QCD+EW accuracy. We find by applying a hard jet veto in events selection, we can keep the convergence of the perturbative QCD description and improve the scale uncertainty. Our numerical results show that both the NLO QCD and NLO EW corrections should be considered in precision predictions. We see also that the genuine NLO QCD relative correction to the integrated cross section for $W^+W^-W^+$ production at the $14~{ m TeV}$ LHC, is $28.19\%$ in the jet veto condition of $p^{jet}_T > p^{jet,lower}_T=50~{ m GeV}$, while the pure NLO EW relative corrections can reach $15.15\%$ in inclusive event selection scheme.

研究の動機と目的

• LHCにおけるレプトン崩壊を伴う$WWW$生成におけるNLO QCDおよびNLO電弱補正を計算すること。
• $W^\pm$ボソン崩壊におけるスピン相関および有限幅効果を含むことで、狭い幅近似を改善すること。
• ハードジェット遮断が摂動的QCD収束性およびスケール不確かさに与える影響を評価すること。
• NLO QCD+EW精度における積分断面積および運動量分布の正確な予測を提供すること。
• $\sqrt{s} = 14~\text{TeV}$における$W^+W^-W^+$生成におけるQCDおよびEW補正の相対的大きさを特定すること。

提案手法

• $W^\pm$ボソン崩壊におけるスピン相関および有限幅効果を考慮した改善された狭い幅近似を採用すること。
• 固定順序QCD計算を用いて、グルーオン-クォーク初期状態チャネルからのNLO QCD補正を計算すること。
• フェルミオンおよびゲージボソンの全寄与を含む1ループ振幅を用いてNLO電弱補正を含めること。
• QCD放射を抑制し、摂動的安定性を向上させるために、$p_T^{\text{jet}} > 50~\text{GeV}$のハードジェット遮断を適用すること。
• 横運動量およびインバリアント質量の微分断面積および積分断面積の数値的評価を実施すること。
• スケール依存性および収束性を評価するため、包含的およびジェット遮断付きのイベント選択スキームの両方で結果を比較すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LHCにおけるレプトン崩壊を伴う$WWW$生成におけるNLO QCD補正の大きさと構造は何か、特に高エネルギー領域においては？
• RQ2 NLO電弱補正は$WWW$生成の積分断面積および運動量分布にどのように影響を与えるか？
• RQ3 ハードジェット遮断を適用することで、$WWW$生成における摂動的収束性およびスケール不確かさはどの程度改善されるか？
• RQ4 $W^\pm$ボソン崩壊におけるスピン相関および有限幅効果は、狭い幅近似の精度にどのように影響を与えるか？
• RQ5 ジェット遮断および包含的条件下で、$\sqrt{s} = 14~\text{TeV}$における$W^+W^-W^+$生成におけるNLO QCDおよびNLO EW補正の相対的大きさは何か？

主な発見

• NLO QCD補正は、特にグルーオン-クォーク初期状態チャネルから生じる高エネルギー領域の横運動量およびインバリアント質量分布を強化する。
• $14~\text{TeV}$における$W^+W^-W^+$生成の積分断面積に対するNLO QCD相対補正は、$p_T^{\text{jet}} > 50~\text{GeV}$のジェット遮断下で$28.19\%$である。
• 包含的イベント選択スキームにおいて、純粋なNLO電弱補正は15.15%に達し、精度予測に顕著な影響を与えることが示された。
• ハードジェット遮断を適用することで、$WWW$生成過程における摂動的収束性が向上し、スケール不確かさが低減される。
• LHCにおける正確で信頼性の高い予測を得るためには、NLO QCDおよびNLO EW補正を同時に含める必要がある。
• スピン相関および有限幅効果を含む改善された狭い幅近似により、$W$ボソン崩壊のモデル化における高い精度が確保される。