[論文レビュー] NNLO event generation for $\boldsymbol{pp o Zh o \ell^+\ell^- b \bar b}$ production in the SM effective field theory

Ulrich Haisch, Darren J. Scott+3 more|arXiv (Cornell University)|Apr 1, 2022

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、標準模型効果的場理論（SMEFT）における $pp \to Zh \to \ell^+\ell^- b\bar{b}$ 生産に対して、次々に次々に-leading order (NNLO) + パートンシャワー (PS) モンテカルロイベントジェネレータを提示する。QCD補正は6つの次元6のSMEFT作用素から得られ、効果的ヤクビ型およびクリモ磁気双極子相互作用を含む。主な結果として、現在の実験的制約下では、SMEFT作用素からの高次のQCD効果は全断面積に1%未塔の影響を及ぼすにとどまり、特にジェット定義に依存する形状の変更により、$m_{b\bar{b}}$ と三ジェット質量 $m_{b\bar{b}j}$ がSMEFT効果を探索する感度の高い観測量として浮き彫りになる。

ABSTRACT

We consider associated $Zh$ production with $Z o \ell^+ \ell^-$ and $h o b \bar b$ decays in hadronic collisions. In the framework of the Standard Model effective field theory (SMEFT) we calculate the QCD corrections to this process and achieve next-to-next-to-leading order plus parton shower (NNLO$+$PS) accuracy using the MiNNLO$_{ m PS}$ method. This precision is obtained for a subset of six SMEFT operators, including the corrections from effective Yukawa- and chromomagnetic dipole-type interactions. Missing higher-order QCD effects associated with the considered dimension-six operators are estimated to have a relative numerical impact of less than a percent on the total rate once existing experimental limits on the relevant Wilson coefficients are taken into account. We provide a dedicated Monte Carlo (MC) code that evaluates the NNLO SMEFT corrections on-the-fly in the event generation. This MC generator is used to study the numerical impact of NNLO$+$PS corrections on the kinematic distributions in $pp o Zh o \ell^+ \ell^- b \bar b$ production employing simple SMEFT benchmark scenarios. We identify the invariant mass $m_{b \bar b}$ of the two $b$-tagged jets as well as the three-invariant jet mass $m_{b \bar b j}$ as particularly interesting observables to study SMEFT effects. These distributions receive contributions that change both their normalisation and shape with the latter modifications depending on the exact jet definition. To our knowledge SMEFT effects of this type have so far not been discussed in the literature. The presented MC generator can also serve as a starting point to obtain NNLO$+$PS accuracy for a suitable enlarged set of effective operators in the future.

研究の動機と目的

• SMEFTにおける $pp \to Zh \to \ell^+\ell^- b\bar{b}$ 生産に対して、NNLO + パートンシャワーの精度を達成すること。関連する次元6作用素からのQCD補正を含む。
• SMEFT作用素からの高次のQCD補正が微分断面積に与える数値的影響を評価すること。特に、新しい物理を感知するのに感度の高い運動量観測量に焦点を当てる。
• イベント生成中に即座にNNLO SMEFT補正を評価できる専用のモンテカルロジェネレータを開発すること。精密な素描的解析を可能にする。
• SMEFT効果に敏感な観測量を特定・分析すること。特に、ジェット定義に依存する正規化および形状の変更に注目する。

提案手法

• SMEFTにおける $pp \to Zh \to \ell^+\ell^- b\bar{b}$ のQCD補正において、NNLO + PS精度を達成するために、MiNNLO PS手法が用いられる。
• 計算には、効果的ヤクビ型およびクリモ磁気双極子型相互作用に寄与する6つの次元6 SMEFT作用素からのQCD補正が含まれる。
• SMEFT補正は、イベント生成中に即座にNNLO補正を計算するモンテカルロジェネレータに実装されており、完全に微分的な予測が可能になる。
• ジェネレータは、ベンチマークSMEFTシナリオを用いて、NNLO + PS補正が運動量分布に与える影響を調査するために使用される。
• 理論的推定として、ウィルスン係数に関する既存の実験的制限を用いて、高次のQCD補正の欠落による相対的数値的影響を制限する。
• 分析は、$b$-タグ付きジェットの不変質量 $m_{b\bar{b}}$ と三ジェット不変質量 $m_{b\bar{b}j}$ を、SMEFT感度のための主要な観測量として焦点に当てる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SMEFT作用素からのNNLO QCD補正が、$pp \to Zh \to \ell^+\ell^- b\bar{b}$ 生産における全断面積および微分断面積に与える数値的影響は何か？
• RQ2 SMEFT効果は、$m_{b\bar{b}}$ および $m_{b\bar{b}j}$ の不変質量分布の形状にどのように影響し、これはジェット定義に依存するか？
• RQ3 現在のウィルスン係数に関する実験的制約を考慮すると、SMEFT作用素からの高次のQCD補正は、精密なSMEFT解析において無視できる程度のものか？
• RQ4 $m_{b\bar{b}}$ および $m_{b\bar{b}j}$ 分布は、SMEFTの文脈において、標準模型を超える新しい物理を探索する感度の高いプローブとして機能できるか？
• RQ5 効果的ヤクビ型およびクリモ磁気双極子型相互作用は、NNLO + PS精度の微分断面積にどのように寄与するか？

主な発見

• 既存の実験的制限を適用した場合、検討されたSMEFT作用素からの高次のQCD補正の欠落による全断面積への相対的数値的影響は1%未塔である。
• 2つの$b$-タグ付きジェットの不変質量 $m_{b\bar{b}}$ は、SMEFT効果によって引き起こされる正規化および形状の変更の両方により、特に感度の高い観測量として特定された。
• 三ジェット不変質量 $m_{b\bar{b}j}$ に対しても、特定のジェット定義に依存する形状の変更が見られ、これはSMEFT文献において以前に議論されていなかった特徴である。
• $m_{b\bar{b}}$ および $m_{b\bar{b}j}$ 分布は、SMEFTによって正規化および形状補正を受けるが、後者はジェット再構成の詳細に敏感である。
• $Q_{3G}$ 作用素からのN³LO補正は、$h \to b\bar{b}$ 衰退幅に1‰未塔の寄与しかせず、解析において無視できることが正当化される。
• $Q_{HG}$ 作用素からのN³LO補正は、95%信頼区間で包含的 $pp \to Zh$ 断面積に0.3%未塔の寄与を示し、その影響が無視できることが確認された。