[論文レビュー] Second order QCD corrections to gluonic jet production at hadron colliders

James Currie, A. Gehrmann–De Ridder+4 more|arXiv (Cornell University)|Jul 21, 2014

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、ハドロン衝突型加速器におけるゴム的ダイジェット生成に対する次々次の次オーダー（NNLO）QCD補正の最初の数値結果を提示する。主にNNLOJETフレームワークを用いて、主要色成分の $q\bar{q} \to gg$ 順序過程に焦点を当てている。NNLO補正はNLOに比べてダイジェット断面積を16–27%増加させることを示しており、LHCにおけるグローバルPDFおよび $\alpha_s$ 擬合の精度が向上する。

ABSTRACT

We report on the calculation of the next-to-next-to-leading order (NNLO) QCD corrections to the production of two gluonic jets at hadron colliders. In previous work, we discussed gluonic dijet production in the gluon-gluon channel. Here, for the first time, we update our numerical results to include the leading colour contribution to the production of two gluonic jets via quark-antiquark scattering.

研究の動機と目的

• ハドロン衝突型加速器におけるゴム的ダイジェット生成の次々次の次オーダー（NNLO）QCD補正を計算すること。
• 高 $p_T$ における主要色成分 $q\bar{q} \to gg$ 順序過程を含む、$gg \to gg$ 順序過程の既存のNNLO結果を拡張すること。
• 包括的およびダイジェット観測量の完全微分断面積をNNLOで提供し、LHCの実験データと高精度で比較可能にする。
• 高次のQCD効果がジェット生成に与える影響を定量化し、$\alpha_s$ およびPDFの決定における理論的不確実性を低減すること。
• 将来の $qg$ 順序過程および完全色成分の $2\to 2$ ダイジェット過程のNNLOでの取り込みの基盤を築くこと。

提案手法

• NNLOにおける赤外特異性を扱うためにアンテナ減算法を採用した。
• 部分素子レベルジェネレータであるNNLOJETを用いて、包括的およびダイジェット観測量の完全微分断面積を計算した。
• 反-$k_T$ ジェットアルゴリズム（$R=0.7$）を用い、標準的なジェット選別条件（$p_T > 80$ GeV、$|y| < 4.4$、およびダイジェットでは $p_{T2} > 60$ GeV）を適用した。
• 各イベントに対して要因分解および重正化スケールを $\mu = p_{T1}$ に動的に設定し、スケール依存性を最小限に抑えた。
• $gg \to gg$ および $q\bar{q} \to gg$ 順序過程の結果を組み合わせ、後者の方が合計断面積において支配的であった。
• UVおよびIR特異性を処理するため、フェーズ空間積分をセクタ分解および反復減算技術を用いて行った。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LHCにおけるダイジェット生成の $q\bar{q} \to gg$ 順序過程に対するNNLO QCD補正の大きさはどの程度か？
• RQ2 NNLO補正は、包括的ジェット横断モーメント分布およびダイジェットインバリアント質量スペクトルにどのように影響するか？
• RQ3 $q\bar{q} \to gg$ 順序過程は、$gg \to gg$ 順序過程と比較して合計ダイジェット断面積にどの程度の寄与を示すか？
• RQ4 $k$-要因（NNLO/NLO）は $p_T$、ラピディティ、およびダイジェット質量にどのように依存するか？
• RQ5 NNLO補正は、ジェットデータを用いた $\alpha_s$ およびPDFのフィットにおける理論的不確実性をどの程度低減するか？

主な発見

• 包括的ジェット断面積のNNLO/NLO $k$-要因は、低 $p_T$ で約1.27、高 $p_T$ で1.16であり、NLOに比べて16–27%の増加を示している。
• $q\bar{q} \to gg$ 順序過程単体では、NNLO/NLO $k$-要因は約1.05であり、5%の補正に相当する。
• $d^2\sigma/dp_T d|y|$ の二重微分 $k$-要因はラピディティの各チャンクで比較的平坦であり、$p_T$ に応じて16%から27%の補正が見られる。
• ダイジェットインバリアント質量分布では、低 $m_{jj}$ でNNLO/NLO $k$-要因が1.25、中程度の $m_{jj}$ で1.13に低下し、高 $m_{jj}$ では1.20に上昇する。
• 異なるラピディティスライスにおいて補正が一貫しており、中央およびフォワードジェット領域におけるNNLO結果の頑健さが示された。
• $gg \to gg$ 順序過程が合計ダイジェット断面積を支配しているが、$q\bar{q} \to gg$ の寄与は完全色成分の正確さおよび将来のグローバルフィットにとって不可欠である。