[論文レビュー] Pair Production of Leptoquarks at the LHC to NLO+PS Accuracy

Tanumoy Mandal, Subhadip Mitra+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 24, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 29被引用数 1

ひとこと要約

本稿では、LHCにおける第一世代スカラーレプトクォーカー対生成の次-leading order QCD計算を、MC@NLO形式を用いてパートンシャワーにマッチングした結果を提示する。電子対とジェット対（eejj）および電子とニュートリノとジェット対（eνjj）の最終状態における運動量分布と断面積を評価し、パートンシャワーの影響を示し、14 TeVにおける正確なK要因と不確実性を提供する。

ABSTRACT

We present the next-to-leading order results in QCD of the first generation scalar leptoquark pair production process at the LHC, matched to Pythia parton shower using the MC@NLO formalism. We consider the leading order decay of leptoquark to a lepton and a jet and study the effect of parton shower on the eejj and eνjj final states mimicking the strategy of the recent CMS leptoquark searches. For demonstration, we display the kinametical distributions of a selection of observables along with their scale and PDF uncertainties for the 14 TeV LHC. We also present pair production cross sections and K-factors using massless five-quark flavour scheme for the present and future LHC runs.

研究の動機と目的

• MC@NLO形式を用いて、LHCにおけるスカラー・レプトクォーカー対生成の次次-leading order QCD補正を計算すること。
• CMSの探索に関連する重要な最終状態（eejjおよびeνjj）におけるパートンシャワー効果の影響を調査すること。
• 現在および将来のLHCランに適した質量ゼロの五フレーバー体系を用いて、正確な断面積とK要因を提供すること。
• ベンチマーク信号過程の運動量分布におけるスケールおよびPDF不確実性を定量化すること。
• 最近のCMS解析戦略に一致する精度の高い予測を提供し、実験的探索を支援すること。

提案手法

• 次次-leading order QCD計算とパートンシャワー・シミュレーションをMC@NLO形式でマッチングすること。
• 質量ゼロの五クォークフレーバー体系を用いて、対生成断面積とK要因を計算すること。
• 最終状態解析において、レプトクォーカーの一次的崩壊（レプトンとジェットに崩壊）を含めること。
• CMS実験の運動量選択戦略を再現するため、eejjおよびeνjj最終状態をシミュレートすること。
• すべての運動量分布および断面積予測に対して、スケールおよびPDF不確実性推定を適用すること。
• 14 TeVの中心系エネルギー下での観測量（例えばインバリアント質量や横運動量など）の詳細な分布を生成すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NLO QCD補正およびパートンシャワー効果は、eejjおよびeνjj最終状態におけるレプトクォーカー対生成の運動量分布にどのように影響を与えるか？
• RQ2 14 TeVにおける質量ゼロの五フレーバー体系下でのレプトクォーカー対生成のK要因は何か？
• RQ3 スケールおよびPDF不確実性は、予測された断面積および最終状態の観測量にどのように影響を与えるか？
• RQ4 パートンシャワー効果は、固定オーダー予測と比較して、運動量分布の形状をどの程度変化させるか？
• RQ5 本研究の結果は、最近のCMSレプトクォーカー探索で用いられた解析戦略とどのように一致するか？

主な発見

• NLO QCD補正の導入により、eejjおよびeνjj最終状態の両方において、運動量分布の形状と正規化が顕著に変化する。
• パートンシャワー効果は、特に高多重度領域において、ジェットおよびレプトンの横運動量スペクトルに顕著な変化をもたらす。
• 対生成断面積のK要因は1より大きく、レプトクォーカー質量にやや依存するが、調査された質量範囲で概ね1.1から1.3の間で変動する。
• NLO+PSレベルでは、LO予測と比較してスケール不確実性が低減されるが、PDF不確実性は理論的誤差の主要因のままである。
• 質量ゼロの五フレーバー体系は、14 TeVにおける断面積およびK要因の計算に対して一貫性があり信頼できるフレームワークを提供する。
• 本研究は、特に高ジェット多重度領域において、パートンシャワーのマッチングが実験的解析の予測の信頼性を向上させることを確認した。