[論文レビュー] NNLO+PS $W^+W^-$ production using jet veto resummation at NNLL$'$

Alessandro Gavardi, Matthew A. Lim+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2023

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 1

ひとこと要約

本稿では、SCETにおけるNNLL′ジェットバヨールーム補正のマッチングを経て、最もエネルギーの高いジェットの横方向運動量（$p_J^{T}$）を分解能変数として用いた、$W^+W^-$生成における初のNNLO+PSイベントジェネレータを提示する。この手法により、ジェットバヨールームに起因する大きな対数項が抑制され、排他的なゼロジェット最終状態の高精度なシミュレーションが可能となり、ATLASおよびCMSのデータと良好な一致を示す。これは、パートンシャワーのマッチングを伴うLHC物理学におけるNNLO精度の高精度モンテカルロシミュレーション分野における重要な前進を示している。

ABSTRACT

We construct a novel event generator for the process $p \> p o \ell^- \> \bar{ u}_\ell \> \ell'^+ \> u_{\ell'}$, which matches fixed-order predictions at next-to-next-to-leading order in the strong coupling to a parton shower program. The matching is achieved using the GENEVA method, in this case exploiting a resummed calculation for the hardest jet transverse momentum at next-to-next-to-leading logarithmic accuracy obtained via soft-collinear effective theory and implemented in the C++ library SCETlib. This choice of resolution variable ensures that the introduction of a jet veto, commonly used by experimental analyses to reject multi-jet background events, does not result in the appearance of unmitigated large logarithms for low veto scales before showering. After validating our partonic results against publicly available fixed order and resummed calculations, we compare our predictions to measurements taken at the ATLAS and CMS experiments, finding good agreement. This is the first NNLO+PS accurate event generator to use the hardest jet transverse momentum as a resolution variable.

研究の動機と目的

• 次に次に高い順序（NNLO）とパートンシャワー（PS）を組み合わせた$W^+W^-$生成のためのイベントジェネレータを開発すること。
• 実験的解析において生じるジェットバヨールームに起因する大きな対数項の問題に対処するため、分解能変数として補正された$p_J^{T}$を用いること。
• ソフト・コラinear有効理論（SCET）を用いて、C++ライブラリSCETlibを介して、NNLL′精度でのジェットバヨールーム補正を実装すること。
• 固定順序計算および補正計算と比較し、ATLASおよびCMSの実験的測定と照合することで、ジェネレータを検証すること。
• 特にジェットバヨールーム効果が顕著なプロセスにおいて、Geneva手法を用いた$p_J^{T}$を分解能変数とするNNLO+PSマッチングの実現可能性と利点を示すこと。

提案手法

• ジェネレータのマッチングにGeneva手法を用い、ジェットバヨールームに起因する未抑制の対数項を回避するため、分解能変数として最もエネルギーの高いジェットの横方向運動量（$p_J^{T}$）を採用する。
• ソフト・コラinear有効理論（SCET）を用いて、$p_J^{T}$におけるジェットバヨールーム対数項のNNLL′補正を実現し、C++ライブラリSCETlibを介して高精度な低バヨールームスケール状態の記述を可能にする。
• 実発光の位相空間をボーン位相空間に写像するための$p_J^{T}$保存写像を用いることで、一貫性のある補正とシャワー生成を実現する。
• $p_J^{T}$を分解能変数として用いる際のソフトおよびコラinear極限を正しく再現できるように、分割関数カーネルを再定義し、シャワリングプロセスにおける物理的一致性を保証する。
• プロファイルスケールおよび理論的不確実性はスケール変動を用いて推定し、Geneva形式を用いてパートンシャワーへのマッチングを実施する。
• 公開済みの固定順序計算および補正計算（例：MCFM）と照合し、ATLASおよびCMSの実験データと比較することで、ジェネレータを検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 $p_J^{T}$は、ジェットバヨールームに起因する大きな対数補正を回避するための安定的かつ正確な分解能変数として、NNLO+PSマッチングに適しているか？
• RQ2 $p_J^{T}$におけるジェットバヨールーム対数項のNNLL′補正は、固定順序または低対数補正と比較して、排他的な$W^+W^-$断面積の精度をどの程度向上させるか？
• RQ3 分解能変数の選択が、特にジェットバヨールーム条項下での$W^+W^-$生成におけるNNLO+PS予測にどの程度の影響を及ぼすか？
• RQ4 新しいイベントジェネレータは、以前のNNLO+PSジェネレータと比較して、ATLASおよびCMSの実験的測定とより良好に一致するか？
• RQ5 Geneva手法は、完全に排他的で高多重度のイベント生成フレームワークにおいて、$p_J^{T}$に基づくNNLL′精度での補正に成功して拡張可能か？

主な発見

• 新しいイベントジェネレータは、ATLASおよびCMSによる$W^+W^-$生成測定と良好な一致を示し、NNLO+PS精度における予測能力を検証した。
• $p_J^{T}$に基づく形式にNNLL′ジェットバヨールーム補正を組み込むことで、低バヨールームスケール領域の記述が顕著に向上し、理論的不確実性が低減された。
• ジェットバヨールームに起因する未抑制の大きな対数項を回避するため、$p_J^{T}$を分解能変数として用いることで、摂動的安定性が保証された。
• $p_J^{T}$保存写像および修正された分割関数カーネルの実装により、シャワリングにおけるソフトおよびコラinear極限が正しく再現され、物理的一致性が維持された。
• これは、NNLL′精度で$p_J^{T}$を分解能変数として用いた初のNNLO+PSジェネレータであり、$W^+W^-$物理学における高精度シミュレーションの新しい基準を確立した。
• 結果から、分解能変数の選択が予測に顕著な影響を及ぼすことが示され、$p_J^{T}$はジェットバヨールーム処理に適したより強固で正確な代替手段を提供することが明らかになった。