[論文レビュー] NNLO Virtual corrections to W+ W- production at the LHC

Grigorios Chachamis|ArXiv.org|Oct 16, 2007

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 6被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、LHCにおけるクォーク-反クォーク消失過程によるW⁺W⁻生成における二ループ虚数QCD補正の初回計算を、Wボソン質量に比べてすべての運動量インバリアントが大きく、高エネルギー極限で有効である場合に提示する。計算はメリン・バーンズ表現と解析接続を用い、完全な赤外線極構造を導出し、カターニの形式と一致することを確認した。これにより、NNLO精度でのヒッグス粒子および新しい物理現象の探索が可能になる。

ABSTRACT

We report on a recent calculation of the two-loop virtual QCD corrections to the W boson pair production in the quark-anti-quark-annihilation channel in the limit where all kinematical invariants are large compared to the mass of the W boson. Our result is exact up to terms suppressed by powers of the W boson mass. The infrared pole structure is in agreement with the prediction of Catani's general formalism for the singularities of two-loop QCD amplitudes.

研究の動機と目的

• LHCにおけるクォーク-反クォーク消失チャンネルにおけるW⁺W⁻生成の二ループ虚数QCD補正を計算すること。
• ヒッグス粒子探索におけるH→WW→lνl'ν'崩壊チャンネルのバックグラウンド過程をNNLO精度で達成すること。
• 二ループQCD振幅のカターニの一般形式に対する振幅の赤外線極構造を検証すること。
• 低次の過程と組み合わせることで、NNLOで赤外線有限な物理的断面積を達成する基盤を提供すること。
• W⁺W⁻生成の理論的予測を10%未満の不確かさで高精度に達成し、信号過程の精度に一致させること。

提案手法

• 振幅を71個のマスターインテグラルに還元するためにラポルタアルゴリズムを用いる。
• MBrepresentationパッケージを用いて、すべてのマスターインテグラルのメリン・バーンズ表現を構築する。
• MBパッケージによる空間時間次元における解析接続を実行し、完全な特異構造を露呈する。
• 輪郭変形によるWボソン質量における漸近的展開を実行し、XSummerまたはPSLQアルゴリズムを用いて再結合する。
• 二つの質量を持つ非平面的二ループボックスインテグラルをO((m²/s)⁻¹)まで明示的に評価し、εに関する完全なローレント級数を得る。
• 赤外線極に一貫性があることを確認するため、強い結合定数αsでのみの正規化を実施する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LHCにおける高エネルギー極限において、W⁺W⁻生成の二ループ虚数QCD補正の構造はいかなるものか？
• RQ2 二ループ振幅の赤外線極は、二ループQCD振幅のカターニの一般形式の予測とどのように一致するか？
• RQ3 二つの質量を持つ非平面的二ループボックスマスターインテグラルの明示的解析的形は何か？
• RQ4 補正は、NNLOにおけるW⁺W⁻生成断面積の理論的不確かさにどのように影響するか？
• RQ5 完全なNNLO結果を低次の振幅と組み合わせることで、赤外線特異性をキャンセルし、物理的断面積を導けるか？

主な発見

• 二ループ虚数振幅は高エネルギー極限で計算され、すべての運動量インバリアントがWボソン質量に比べて大きく、その結果として有効である。
• 結果の赤外線極構造は、二ループQCD振幅のカターニの一般形式と完全に一致している。
• 非平面的二ループボックスインテグラルはO((m²/s)⁻¹)まで解析的に評価され、対数項およびリーマンゼータ関数項を含むεに関するローレント級数が得られた。
• 結果にはLₘ⁴、Lₓ³Lᵧ、ζ₃、π⁴に比例する項が含まれており、振幅の完全な解析的構造が反映されている。
• マスターインテグラルの数値的チェックが実施され、既知の正規化手順と一貫性があることが確認された。
• このフレームワークにより、二ループ虚数補正を低次の振幅と組み合わせ、NNLOで赤外線有限な物理的断面積を達成することが可能になった。