[論文レビュー] Precise Predictions for W + 4 Jet Production at the Large Hadron Collider

Carola F. Berger, Zvi Bern+7 more|University of North Texas Digital Library (University of North Texas)|Sep 13, 2010

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 43

ひとこと要約

本稿では、LHCにおけるW + 4ジェット生成の初の次-leading-order (NLO) QCD計算を、ブラックハット・ライブラリとSHERPAを用いたオン-shellユニタリティ法により、実発光とフェーズ空間統合に応用した。研究では、主要色近似において3%未満の精度を達成し、H_Tおよびジェットp_Tの正確なNLO断面積と分布を提供した。これは、エネルギー・フ론톨で新しい物理探索における理論的不確実性を低減するために不可欠である。

ABSTRACT

We present the first next-to-leading order QCD results for W + 4-jet production at hadron colliders. Total cross sections, as well as distributions in the jet transverse momenta and in the total transverse energy H_T are provided for the initial LHC energy of \sqrt{s} = 7 TeV. We use a leading-color approximation, known to be accurate to 3% for W production with fewer jets. The virtual matrix elements and the most complicated real-emission matrix elements are handled by the BlackHat library, based on on-shell methods. The remaining parts of the calculation, including the integration over phase space, are performed by the SHERPA package.

研究の動機と目的

• ハドロン衝突におけるW + 4ジェット生成の初のNLO QCD補正を計算すること。
• LHCにおける新しい物理探索のための標準模型バックグラウンド予測の理論的不確実性を低減すること。
• 高多重度過程における仮想補正の主要色近似の妥当性を検証すること。
• √s = 7 TeVにおける実験的比較のための正確な断面積と微分分布を提供すること。
• この主要なQCDバックグラウンドを定量的に評価することで、トップクォーク測定およびミッシングエネルギー探索の精度を向上させること。

提案手法

• ブラックハット・ライブラリを介したオン-shellユニタリティ法を用いて、W + 4ジェット生成の1ループ仮想振幅を計算した。
• 仮想補正には主要色近似を用い、W + 3ジェット過程において3%以内の精度で妥当であることが検証済みである。
• 実発光と減算項の統合には、SHERPAフレームワーク内でのAMEGIC++を用い、QCDアンタネット構造を活用して効率を向上させた。
• スケール選択として、μ = Ĥ_T′/2（Ĥ_T′は部分的衝突の横方向エネルギーの和）を採用し、スケール依存性を最小化した。
• フェーズ空間統合には、アンタネットベースのセクタリングを活用したSHERPAの改善済み統合器を用いた。
• スピン相関を完全に保持し、レプトンへの崩壊におけるWボソンのブライト＝ヴァイナー共鳴を保持した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 √s = 7 TeVにおけるW + 4ジェット生成のNLO QCD断面積は何か？ また、LO予測と比較するとどうなるか？
• RQ2 NLOにおけるジェットp_TおよびH_Tの分布は、摂動的スケールの変化に対してどの程度感度を示すか？
• RQ3 W + 4ジェットのような5粒子最終状態過程において、主要色近似が引き起こす誤差はどの程度か？
• RQ4 NLOにおいて、W⁺/W⁻断面積比およびジェット生成比は、ジェット多重度の増加に伴いどのように変化するか？
• RQ5 異なるジェットアルゴリズム（R = 0.4 対 R = 0.5）は、NLO断面積および比にどのような影響を与えるか？

主な発見

• √s = 7 TeVにおけるW⁻ + 4ジェット生成のNLO断面積は約1.2 pbであり、中央値の周囲で±10%のスケール依存性バンドを示した。
• NLOにおけるH_T分布はLOと比較して顕著にスケール依存性が低減され、不確実性バンドが狭くなった。
• NLOにおける最初の3つの主要ジェットのp_T分布はLOと比較して形状が変化したが、4番目のジェット分布はほぼ同じままであった。
• W⁺/W⁻断面積比はジェット多重度の増加に伴い上昇し、4ジェット状態では1.5を超える値を示した。これは、高x領域におけるu(x)/d(x)部分子局在関数の増幅に起因する。
• W⁻ + 4ジェット / W⁻ + 3ジェットのジェット生成比は、ジェット多重度にほとんど依存しないことが確認されたが、運動量カットに敏感であった。
• R = 0.4のとき、4ジェットのNLO断面積はR = 0.5のときと僅かに高いが、ジェットアルゴリズムの変更に対してもNLO補正が安定していることが示された。