[論文レビュー] Photoproduction of W Bosons at HERA: Reweighting Method for implementing QCD Corrections in Monte Carlo Programs

Kai-Peer O. Diener, C. Schwanenberger+1 more|ArXiv.org|Feb 25, 2003

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、HERAにおけるWボソン光産生のモンテカルロシミュレーションにNLO QCD補正を実装するリウェイト法を提示する。解析的NLO断面積とLOモンテカルロイベントサンプルを組み合わせることで、有限および小径方向運動量領域の両方に対して正確な補正が可能となり、理論的不確実性がLOの約30％からNLOの約10％に低減される。

ABSTRACT

A procedure of implementing QCD corrections in Monte Carlo programs by a reweighting method is described for the photoproduction of W bosons at HERA. Tables for W boson production in LO and NLO are given in bins of the transverse momentum of the W boson and its rapidity.

研究の動機と目的

• HERAにおけるWボソン光産生シミュレーションの理論的不確実性を、NLO QCD補正を適用することで低減すること。
• フルイベント生成の再重み付けを伴わずに、既存のLOモンテカルロプログラムにNLO QCD補正を実装する実用的手法を開発すること。
• 低径方向運動量領域における衝突的および赤外発散の課題に対処するため、全断面積の再重み付けを用いること。
• 直接的および解体的光産生の両方について、Wボソンの径方向運動量およびラピディティの各ビンに応じた再重み付け要因の表を提供すること。

提案手法

• Wボソンの有限および小径方向運動量領域に別々に再重み付けを適用し、解析的NLO計算に基づく。
• 有限 $p_{t,W} > 10$ GeV の領域では、NLO直接およびLO解体断面積の比を、$p_{t,W}$ および $y_W$ ビンにおけるLOモンテカルロ断面積で割ることで再重み付けを行う。
• $p_{t,W} < 5$ GeV の領域では、発散のための正規化全断面積に基づき、統合されたNLOおよびLO断面積を用いて再重み付けを行う。
• $p_{t,W} \to 105$ GeV および $y_{W,cms} \to \text{--}1.375$ から $1.375$ の範囲で、[3]のビン平均化微分断面積を用いる。ビン幅は $\Delta p_{t,W} = 10$ GeV および $\Delta y_W = 0.25$ である。
• ハドロン最終状態を包括的に扱うことで、パートンシャワー効果との二重数え上げを回避する。
• 付録に、$E_p = 820$ および $920$ GeV の $e^+p$ および $e^-p$ 散乱における $W^+$ および $W^-$ 生成の再重み付け要因の表を提供する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 既存のLOモンテカルロプログラムに、HERAにおけるWボソン光産生のNLO QCD補正を効率的かつ正確に実装する方法は何か？
• RQ2 NLO QCD補正が、径方向運動量およびラピディティの関数としてのWボソン生成の微分断面積に与える影響は何か？
• RQ3 低 $p_{t,W}$ 領域における衝突的および赤外発散をNLO補正を適用する際にどのように取り扱うか？
• RQ4 NLO補正は、Wボソン光産生におけるLO予測と比較して、理論的不確実性をどの程度低減するか？

主な発見

• $\mu_R = \mu_F = M_W$ のとき、NLO QCD補正は直接光産生断面積を $\pm(10{-}15)\%$ 修正し、微分分布の歪みは最小限に抑えられる。
• $p_{t,W} > 10$ GeV の領域では、再重み付け法によりビンフラクチュエーションが2％未満となり、イベントごとの補正に適している。
• 解体光産生チャネルでは、$\mu_R = \mu_F = M_W$ のとき、NLO補正はLO断面積を約40％増加させ、全率に顕著な影響を与える。
• すべての $p_{t,W}$ 領域において、理論的不確実性がLOの約30％からNLOの約10％に低減され、Wボソン生成シミュレーションの精度が向上する。
• $p_{t,W} < 5$ GeV の領域では、再重み付け要因は全断面積から導出される： $\sigma_{\text{res}}^{\text{NLO}}(p_{t,W}<5\text{ GeV})$ がLOモンテカルロサンプルを補正するために用いられる。
• $W^+$ および $W^-$ 生成の再重み付け要因の表が、$E_p = 820$ および $920$ GeV の $e^+p$ および $e^-p$ 散乱について提供されており、値は $10^{-13}$ から $10^{-4}$ pb/GeV の範囲にある。