[論文レビュー] Transverse-momentum resummation for vector-boson pair production at NNLL+NNLO

Massimiliano Grazzini, Stefan Kallweit+2 more|arXiv (Cornell University)|Jul 9, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 8

ひとこと要約

本稿では、ハドロン衝突におけるW+W−およびZZベクトルボソン対生成の横運動量（pT）分布に対して、次々に対数項を高めること（NNLL）した再結合と、次々に固定順数計算（NNLO）に一貫して一致させる手法を提示する。この手法により、pTスペクトル全体における理論的不確かさが低減され、NNLL+NNLO予測では、従来の近似と比較してpT遮断効率が最大で5%低くなることが示され、LHCの解析における精度が顕著に向上する。

ABSTRACT

We consider the transverse-momentum ($p_T$) distribution of $ZZ$ and $W^+W^-$ boson pairs produced in hadron collisions. At small $p_T$, the logarithmically enhanced contributions due to multiple soft-gluon emission are resummed to all orders in QCD perturbation theory. At intermediate and large values of $p_T$, we consistently combine resummation with the known fixed-order results. We exploit the most advanced perturbative information that is available at present: next-to-next-to-leading logarithmic resummation combined with the next-to-next-to-leading fixed-order calculation. After integration over $p_T$, we recover the known next-to-next-to-leading order result for the inclusive cross section. We present numerical results at the LHC, together with an estimate of the corresponding uncertainties. We also study the rapidity dependence of the $p_T$ spectrum and we consider $p_T$ efficiencies at different orders of resummed and fixed-order perturbation theory.

研究の動機と目的

• ハドロン衝突におけるベクトルボソン対生成の理論的精度を、横運動量再結合と固定順数計算を組み合わせることで向上させること。
• NNLL再結合とNNLOマッチングを用いて、W+W−およびZZ最終状態のpTスペクトルにおける理論的不確かさを低減すること。
• ヒッグスおよび新物理探索におけるバックグラウンド推定に不可欠なpT遮断効率の正確な予測を提供すること。
• 再結合におけるスケール選択の整合性を検証するため、pTスペクトルの急速さ依存性を評価すること。
• 二ループヘリシティ振幅を介して、将来の非殻効果およびレプトン崩壊の組み込みを可能にすること。

提案手法

• 小pTにおける対数的に強化されたソフトグルーオン放出をNNLL再結合により再結合する。
• 大pTで有効なNNLO固定順数計算と一貫したマッチング手順を用いて、再結合結果をマッチングする。
• 再結合に於いてスケール選択としてQ = mVを用い、動的選択Q = M_VV/2と比較することでスケール依存性を評価する。
• 全pTスペクトルを統合し、既知のNNLO全断面積と一致することを確認するための検証を行う。
• LHCにおける数値的検討を実施し、スケール変動による詳細な不確かさ推定を伴う。
• 摂動的順数の違いによるpT遮断効率の比較を通じて、NNLLおよびNNLO補正の影響を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NNLL再結合とNNLO固定順数補正は、LHCにおけるW+W−およびZZ対のpTスペクトルにどのように影響を与えるか？
• RQ2 NNLL+NNLO補正は、ヒッグスおよび新物理解析における主要な観測量であるpT遮断効率にどのような影響を与えるか？
• RQ3 NNLL+NNLO補正を含めた場合、pTスペクトルの急速さ依存性はどのように変化するか？
• RQ4 Q = mV と Q = M_VV/2 の異なるスケール選択は、再結合結果の安定性と正確さにどのように影響するか？
• RQ5 NNLLおよびNNLO補正は、低次の近似と比較して理論的不確かさをどの程度低減するか？

主な発見

• NNLL+NNLO予測は、低次の近似と比較して、pTスペクトルのピーク領域および尾領域におけるスケール変動に起因する理論的不確かさを両方とも低減している。
• NNLL+NNLOにおけるpT遮断効率は、CMS解析の参考文献[52]で用いられた近似的NNLL+NLO結果と比較して約5%低く、絶対値で3%の低下を示している。
• pTスペクトルの急速さ依存性は中央領域（|y| ≤ 2）では比較的平坦であるが、前方領域ではやや弱くなる。ただし、相空間の抑制により、全断面積への影響は限定的である。
• 固定スケール選択Q = mVは、動的スケール選択Q = M_VV/2と一貫した結果を示しており、特に分布の尾部領域で顕著である。
• 全NNLL+NNLO結果は、pTにわたる統合によって既知のNNLO全断面積と一致し、フレームワークの整合性が検証された。
• pT遮断効率の正確な予測には、NNLL再結合とNNLO補正の両方の効果が不可欠であり、両者とも無視できない影響を有している。