[論文レビュー] Top Quark Production and Decay in Herwig 7.1

Johannes Bellm, K. Cormier+5 more|arXiv (Cornell University)|Nov 30, 2017

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 2被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、Herwig 7.1 モンテカルロイベントジェネレータ内でのトップクォークシミュレーションにおける主要な進展を提示しており、改善された角度順およびダイポールシャワー、強化されたリコイル処理、および質量のあるパートンの運動学を含む。主な貢献は、新しいシャワースタートスケール選択と、新しいNLOマルチジェットマージングアルゴリズムを備えたNLOマッチドトップクォーク生成および崩壊であり、LHCにおけるt\bar{t}イベントにおけるジェット多重度およびH_T分布の予測を顕著に向上させている。

ABSTRACT

A summary of recent developments in the simulation of top quark production and decay in the Herwig Monte Carlo event generator.

研究の動機と目的

• Herwig 7.0におけるトップクォーク生成および崩壊シミュレーションの欠陥、特にt\bar{t}対のインバリアント質量およびBフラグメンテーション関数の改善。
• ハードプロセスからのカラーデータを活用して、パートンシャワーにおけるリコイルおよび運動量保存の取り扱いの改善。
• NLOマッチドt\bar{t}イベントにおける理論的不確かさのスケール依存性を低減するための新しいオプションのシャワースタートスケールμ_optの導入。
• ユニタリゼーションに基づくマージングパラダイムに則った新しいNLOマルチジェットマージングアルゴリズムの実装により、高多重ジェット最終状態の記述をより良くする。
• Powheg崩壊補正フレームワークを用いて、トップクォーク生成および崩壊の両方における一貫性のあるNLO QCD補正の実装。

提案手法

• Herwig 7.1における角度順シャワーは、エネルギー運動量保存を回復させるために、運動量再配分の段階でカラーデータをより効果的に活用し、物理的に不自然なオフシェル効果を低減している。
• ダイポールシャワーは質量のあるパートンを完全に再定式化しており、質量のある初期状態および最終状態のダイポールの新しい運動学およびヤコビアンを含む。これにより、重いクォークフラグメンテーションの精度が向上している。
• 新しいシャワースタートスケールμ_optは、ハードプロセスにおける出力粒子の横断的質量の二乗平均の平方根として定義される：μ_opt² = (1/n_out) Σ m_T,i²。
• ユニタリゼーションに基づくNLOマルチジェットマージングアルゴリズムが実装され、増加するジェット多重度における木レベルおよび1ループ行列要素のマージングを可能にしている。
• トップクォーク崩壊は現在、狭帯域幅近似でシャワリングされており、崩壊とその後のシャワリングの間で運動量保存が保たれ、NLO補正は組み込みのPowheg崩壊モジュールを介して適用されている。
• Herwig 7.1の両シャワーは、Matchboxモジュールを介して、減法的または乗法的マッチングスキームを用いて、トップクォーク生成および崩壊の両方をNLOマッチドで行えるようになった。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 角度順シャワーにおけるリコイル処理をどのように改善すれば、トップクォーク対生成における物理的に不自然なオフシェル効果を低減できるか？
• RQ2 7 TeVにおける新しいμ_optシャワースタートスケールが、t\bar{t}イベントにおけるジェット多重度分布に与える影響は何か？
• RQ3 改良された質量のあるパートン運動学を備えた再定式化されたダイポールシャワーは、LEPエネルギーにおけるBフラグメンテーション関数にどのような影響を与えるか？
• RQ4 新しいNLOマルチジェットマージングアルゴリズムは、8 TeVにおけるt\bar{t}イベントのH_T分布の記述をどの程度改善するか？
• RQ5 単一のイベントジェネレータフレームワーク内で、トップクォーク生成および崩壊の両方に対して一貫性のあるNLO QCD補正を適用できるか？

主な発見

• 新しいμ_optシャワースタートスケールは、すべてのビンでジェット多重度予測を低減しており、特にダイポールシャワーで顕著なスケール依存性の低減が見られる。
• Herwig 7.1におけるダイポールシャワーは、SLDが測定したBフラグメンテーション関数の記述において顕著な改善を示しており、これはHerwig 7.0ではうまく再現できなかった。
• 7 TeVのpp → t\bar{t}イベントにおけるジェット多重度分布は、新しいμ_optスケールにより改善されており、特にダイポールシャワーでスケール選択による理論的不確かさが低減されている。
• NLOマルチジェットマージングサンプル（t\bar{t}(0,1,2)およびt\bar{t}(0*,1*,2)）は、8 TeVにおけるH_T分布の記述において、NLOマッチドサンプルよりも明確に改善されており、特に高H_T領域で顕著である。
• Herwig 7.1における角度順およびダイポールシャワーは、両方とも運動量保存が保たれ、NLO補正が一貫して適用されたNLOマッチドトップクォーク生成および崩壊を正しく処理している。
• ダイポールシャワーにおけるPowheg崩壊補正の実装により、トップクォーク崩壊における最初の発光のNLO精度の記述が可能となり、トップクォーク崩壊チェーンシミュレーションの精度が向上している。