[論文レビュー] Transverse-momentum resummation of colorless final states at the NNLL+NNLO

Marius Wiesemann|arXiv (Cornell University)|Feb 10, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、色なし最終状態におけるQCDにおけるNNLL+NNLO精度の横運動量の再結合の一般化されたフレームワークを提示する。このフレームワークはMatrixコードに実装されており、$ZZ$および$W^{+}W^{-}$対生成の完全微分的予測を可能にし、CMSが測定した$ZZ$の$p_T$スペクトルと優れた一致を示すとともに、低次の近似と比較して$p_T$遮断効率の予測において顕著な改善を示している。

ABSTRACT

We present a general framework that allows to compute the resummed transverse-momentum distribution of a system of colorless particles. The implementation is fully differential in the degrees of freedom of the final-state system. As a first application, we consider the transverse-momentum spectrum of ZZ and WW boson pairs produced in hadron collisions, where we resum the logarithmically enhanced contributions due to multiple soft-gluon emission at small transverse momenta to all orders in perturbation theory. We exploit the most advanced perturbative information for the ZZ and WW production processes that is available at present by combining next-to-next-to-leading order QCD corrections with next-to-next-to-leading logarithmic resummation.

研究の動機と目的

• ハドロン衝突における色なし最終状態の横運動量再結合の一般化され、完全微分的フレームワークの開発。
• 次々次の高次のQCD補正（NNLO）と次々次の対数項再結合（NNLL）を組み合わせ、高精度な予測を実現。
• 観測領域のカット、非オンシェル効果、ベクトルボソンのレプトン崩壊におけるスピン相関の正確なモデル化を可能に。
• ヒッグス粒子および新しい物理探索に不可欠なベクトルボソン対生成の精密研究のベンチマークを提供。
• CMSが提供する$ZZ$の$p_T$スペクトル実験データと比較することで、フレームワークの妥当性を検証。

提案手法

• NNLO精度を達成するため、Matrixモンテカルロプログラム内での$q_T$-減算形式を採用。
• ユニタリな横運動量再結合をNNLL精度で実装し、$p_T$統合によって既知のNNLO全断面積と整合性を保証。
• 最終状態の運動量のすべての自由度（インバリアント質量、急速度、および位相空間変数）に関して完全微分的である。
• レプトン崩壊における非オンシェル効果とスピン相関を含めるために、参考文献[59, 60]のヘリシティ振幅を用いる。
• 三ループのソフト関数$g^{(3)}$を用いたスダコフ形式因子に基づく再結合により、小$ p_T $領域における対数的に強化された寄与のすべての順序の再結合が可能。
• スケール不確実性は、因子化スケール$\mu_F$、相互作用スケール$\mu_R$、再結合スケール$Q$を独立に変化させることで推定。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NNLL+NNLO再結合は、ハドロン衝突における$ZZ$および$W^{+}W^{-}$対の横運動量スペクトルをどの程度正確に記述できるか？
• RQ2 高次の補正と再結合は、低次の近似と比較して$p_T$遮断効率の予測をどの程度改善するか？
• RQ3 NNLL+NNLO予測は、観測領域内でのCMSが測定した$ZZ$の$p_T$スペクトルとどの程度一致するか？
• RQ4 レプトン崩壊における非オンシェル効果とスピン相関を含めることで、$p_T$スペクトルにどのような影響が生じるか？
• RQ5 このフレームワークは、$p_T$に基づくカテゴリゼーションに依存するヒッグス粒子解析の理論的モデル化を改善するために使用可能か？

主な発見

• NNLL+NNLOによる$ZZ$の$p_T$スペクトル予測は、特に再結合効果が顕著に現れる低$p_T$領域で、CMSの実験測定と優れた一致を示している。
• NNLOやNLL+NLOの結果と比較して、$p_T \lesssim 30$ GeV領域において、NNLL+NNLO予測は常に実験データに近い位置に位置している。
• $W^{+}W^{-}$生成における$p_T$遮断効率は、NNLL+NNLOを用いることで$p_T^{\text{veto}} \sim 25-30$ GeVで約5%低下する。
• 以前のCMSの$W^{+}W^{-}$測定で用いられた近似のNNLL+NLO結果は、完全なNNLL+NNLO予測と比較して約5%効率を過大評価している。
• NNLOおよびNLL+NLOの予測は実験データと妥当な一致を示すが、NNLL+NNLO結果は特に小$p_T$領域において$p_T$形状を最も正確に記述している。
• フレームワークは、$p_T$積分によって既知のNNLO全断面積を正確に回復しており、再結合手順の整合性を確認している。