[論文レビュー] Two-loop corrections to W and Z boson production at high pT

Nikolaos Kidonakis, Gonsalves, Richard J.|arXiv (Cornell University)|Sep 13, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 8被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、LHCおよびテバトロンにおける高横運動量でのWおよびZボソン生成に対する完全な2ループのソフトグルーオン補正を、次々に2次の近似補正（NNLO）の解析的表現を用いて提示する。主な貢献は、新しい2ループのソフト異常次元の結果を用いて、従来は近似的に扱われていたNNLO 𝒟₀(s₄) 項を完全に決定したことである。これは、LHCおよびテバトロンにおけるWボソンのpT分布の理論的精度を顕著に向上させる。

ABSTRACT

We present new results for the complete two-loop corrections in the soft approximation for W and Z boson production at large transverse momentum. Analytical expressions for the NNLO approximate corrections are used to calculate transverse momentum distributions. Results for the W boson pT distribution at Tevatron and LHC energies are presented.

研究の動機と目的

• 完全な2ループのソフトグルーオン補正を計算することで、高横運動量でのWおよびZボソン生成の理論的予測を改善すること。
• 新しい2ループのソフト異常次元の結果を用いて、従来は近似的に扱われていたNNLO 𝒟₀(s₄) 項を完全に特定すること。
• テバトロンおよびLHCにおけるWボソンの高精度な横運動量分布を、高次の補正を含めて提供すること。
• NNLOのソフトグルーオン補正を含めることで、WおよびZボソン生成における理論的不確実性を低減すること。
• CDF、D0、ATLASの実験データと高pTでより正確に比較できるようにすること。

提案手法

• ソフト・コラテラル有効理論（SCET）とモーメント空間の因子分解を用いて、ソフトグルーオン対数をすべての次数にわたって再結合する。
• qg→Wqおよびq q̄→Wg過程の2ループ・イケオナル図のUV極を用いて、2ループのソフト異常次元Γ_S^(2)を計算する。
• 得られた新しいΓ_S^(2)の結果を用いて、従来は近似的に扱われていたNNLO 𝒟₀(s₄) 項を完全に決定する。
• NLOの正確な補正とNNLOの再結合補正をマッチングすることで、近似的なNNLO pT分布を合成する。
• モーメント空間における再結合断面積を適用し、コラテラルおよびソフト寄与を指数関数化する。
• 数値結果にはMSTW2008 NNLO parton distribution functionsを用い、μ_F = μ_R = p_Tと設定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高pTにおけるWおよびZボソン生成の完全なNNLOソフトグルーオン補正の形は何か？
• RQ2 2ループのソフト異常次元Γ_S^(2)は、NNLO 𝒟₀(s₄) 項の決定にどのように寄与するか？
• RQ3 新たに決定されたNNLO 𝒟₀(s₄) 項は、Wボソンの横運動量分布にどのような影響を及えるか？
• RQ4 TevatronおよびLHCにおけるWボソン生成において、NNLO補正はLOおよびNLOに比べてどの程度顕著か？
• RQ5 高次の補正は、高pTにおけるWおよびZボソン生成の理論的不確実性をどの程度低減するか？

主な発見

• Wボソン生成におけるNNLO 𝒟₀(s₄) 項は、新しい2ループのソフト異常次元の結果を用いて完全に決定された。
• WボソンのpT分布に対するNLO補正は大きく、テバトロンおよびLHCのエネルギー領域でスケール依存性を顕著に低減する。
• NNLOの近似補正は顕著であり、特にLHCにおいて顕著で、pTスペクトルのスケール依存性をさらに低減する。
• 14 TeVのLHCエネルギーにおいて、NNLO補正はLOおよびNLOに比べてより平坦で安定したpT分布をもたらす。
• 完全な2ループ補正を含めることで理論的精度が向上し、ATLASおよびCDFの実験データとの正確な比較に不可欠である。
• 結果から、ソフトグルーオン補正は部分的閾値近傍で支配的であり、信頼できる予測を得るためにはNNLL精度まで再結合させる必要があることが示された。