[論文レビュー] Status of QCD precision predictions for Drell-Yan processes

S. Alekhin, S. Amoroso+10 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2024

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用数 1

ひとこと要約

本稿では、LHCおよびTevatronにおけるDrell-Yan過程の次々に次流れの順序（NNLO）QCD予測について、最終状態のレプトンにフィデューシャルカットを適用した場合の包括的な比較を提示する。フィデューシャルカットに起因する線形のべき補正を含めた後、4つの独立したコード間で優れた一致が確認された。また、対称的な横運動量カットにおける固定順序予測の不安定性は、小レプトン対の横運動量の全順序リサメーションによって解消された。

ABSTRACT

We compute differential distributions for Drell-Yan processes at the LHC and the Tevatron colliders at next-to-next-to-leading order in perturbative QCD, including fiducial cuts on the decay leptons in the final state. The comparison of predictions obtained with four different codes shows excellent agreement, once linear power corrections from the fiducial cuts are included in those codes that rely on phase-space slicing subtraction schemes. For $Z$-boson production we perform a detailed study of the symmetric cuts on the transverse momenta of the decay leptons. Predictions at fixed order in perturbative QCD for those symmetric cuts, typically imposed in experiments, suffer from an instability. We show how this can be remedied by an all-order resummation of the fiducial transverse momentum spectrum, and we comment on the choice of cuts for future experimental analyses.

研究の動機と目的

• 最終状態の崩壊レプトンにフィデューシャルカットを適用した場合の、Drell-Yan過程における固定順序NNLO QCD予測の複数の独立コード間での妥当性を検証すること。
• フェーズスペーススライシング法において無視された線形べき補正が、フィデューシャル断面積の予測に与える影響を特定・解消すること。
• 最終状態レプトンの対称的横運動量カットにおける固定順序予測に生じる非物理的不安定性を調査すること。
• 小pT領域におけるフィデューシャル横運動量スペクトルの安定化に、全順序リサメーションがどの程度有効であるかを示すこと。
• 将来のLHCにおける高精度実験的解析におけるフィデューシャルカットの選択についての指針を提供すること。

提案手法

• 異なる減算スキームおよびフェーズスペース統合技術に基づく4つの独立したNNLO QCDコードを用い、LHCおよびTevatronにおけるDrell-Yan過程の微分断面積を計算した。
• 実験で一般的に用いられる対称的カットに注目し、最終状態レプトンの横運動量および擬似急速度にフィデューシャルカットを適用した。
• フェーズスペーススライシング法を用いるコードに、フィデューシャルカットに起因する線形べき補正を組み込み、他の手法との乖離を解消した。
• 有効場理論的手法を用いて、レプトン対の小横運動量領域における大きな対数を全順序でリサメーションした。
• 固定順序NNLO予測とリサメーション結果を比較し、フィデューシャルカットに対する安定性と感受性を評価した。
• ATLASおよびDØの実験データを用いて、ベンチマーク断面積および運動量配置と照合することで、結果の妥当性を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜ固定順序NNLO QCD予測において、最終状態レプトンの対称的横運動量カットの下で不安定性が生じるのか？
• RQ2 フェーズスペーススライシング法において無視された線形べき補正が、フィデューシャル断面積のNNLO予測の信頼性にどの程度影響を与えるのか？
• RQ3 横運動量対数の全順序リサメーションは、小pT領域におけるフィデューシャル断面積の安定化に有効であるか？
• RQ4 フィデューシャルべき補正を含めた後、異なるNNLOコード間で予測がどの程度一致するか。その結果、理論的不確実性推定にどのような含意があるか？
• RQ5 これらの発見は、将来のLHCにおける高精度Drell-Yan測定において、フィデューシャルカットの選択にどのような影響を与えるか？

主な発見

• フィデューシャルカットに起因する線形べき補正を含めた後、4つの独立したNNLO QCDコードが、すべてのベンチマーク観測量において優れた一致を示した。
• 対称的横運動量カットにおける固定順序予測は、小pT領域における摂動的収束の破綻により、非物理的不安定性を示した。
• 横運動量対数の全順序リサメーションにより、フィデューシャル断面積の安定化が成功し、固定順序計算で観測された不安定性が解消された。
• リサメーション予測と固定順序コードとの差は僅かであり、不安定性は大きな高次の補正によるものではなく、欠落したべき補正に起因することが示された。
• 本研究により、フィデューシャルカットが理論的予測に顕著に影響することを確認した。したがって、非物理的感度を避けるために、カットの選択には注意を要する。
• 結果は、特に対称的カットが適用される場合、高精度測定におけるフィデューシャル断面積の予測にリサメーション結果を用いることが支持されることを示している。