[論文レビュー] Weak radiative corrections to dijet production at the LHC

Stefan Dittmaier, Alexander Huss+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 26, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 4被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、LHCにおけるダイジェット生成に対する $\mathcal{O}(\alpha_s^2 \alpha)$ 階の弱い放射修正を計算し、高エネルギー領域におけるサダコフ型対数的増幅に注目する。弱い修正は、$k_T$ スペクトルにおけるサダコフ領域の支配的性質に起因し、横運動量分布ではインvariant質量分布よりも顕著に大きいことが判明した。ループ修正は $k_{T,1} = 1.5~\mathrm{TeV}$ で $-6\%$ に達し、木レベルとループ効果の間でキャンセルが生じ、結果としてネット修正は $\sim -3\%$ にまで低下する。

ABSTRACT

We summarize the calculation of the weak corrections to dijet production at hadron colliders, comprising tree-level effects of O(α_sα,α^2) and loop corrections of O(α_s^2α). Although suppressed by the small value of the coupling constant α, the weak radiative corrections can become large in the high-energy domain due to the appearance of Sudakov-type and other high-energy logarithms. Generally the corrections to the transverse-momentum distributions are larger by approximately a factor of two compared to the corresponding reach in the invariant-mass distributions, because the invariant-mass distributions are not, unlike the k_T distributions, dominated by the Sudakov regime at high scales. The electroweak tree-level contributions are found to be of the same generic size as the loop corrections.

研究の動機と目的

• LHCにおけるダイジェット生成に対する $\mathcal{O}(\alpha_s^2 \alpha)$ 階の弱い放射修正を計算すること。これは、従来計算がなかった電弱修正のサブセットである。
• 高エネルギー領域におけるダイジェット最終状態のサダコフ型対数の影響を評価すること、特に横運動量分布およびインバリアント質量分布における影響を対象とする。
• 木レベルの電弱寄与と弱いループ修正の間の相互作用、特にそのキャンセルの程度を定量化すること。
• 将来の高精度解析においてQED修正と組み合わせ可能な、ゲージ不変かつ明確に定義された電弱修正のサブセットを提供すること。

提案手法

• 計算は、固定オーダーの摂動的QCDおよび電弱理論フレームワークに従い、仮想的弱いボソン交換およびQCD振幅との干渉に起因する $\mathcal{O}(\alpha_s^2 \alpha)$ 修正に注目する。
• ゲージ不変性を保証するために、QCD $\mathcal{O}(\alpha_s^2)$ 振幅と弱い $\mathcal{O}(\alpha)$ 振幅との干渉を介して仮想的修正を計算する。
• QED寄与を除外することで、純粋な弱い修正を分離し、将来の完全な電弱修正に組み込むための明確に定義されたサブセットを形成する。
• 部分子レベルの行列要素およびPDFを用いて、$\sqrt{s} = 14~\mathrm{TeV}$ におけるインバリアント質量 $M_{12}$ および主要ジェットの横運動量 $k_{T,1}$ に関する微分的分布を計算する。
• 特に $t$-チャネルおよび $u$-チャネル干渉が $\mathcal{O}(\alpha_s \alpha)$ 項において果たす役割を強調するため、クォーク-反クォークおよびグルーオン初期状態の過程を区別して分析する。
• 位相空間および特異性を扱うためにモンテカルロ統合法を用い、$M_{12}$ および $k_{T,1}$ についてそれぞれ6 TeVおよび3 TeVまで数値結果を提示する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LHCにおけるダイジェット生成に対する $\mathcal{O}(\alpha_s^2 \alpha)$ 階の弱い放射修正は、特に高エネルギー領域においてどの程度の大きさか？
• RQ2 なぜ弱い修正は横運動量分布においてインバリアント質量分布よりも大きいのか？
• RQ3 木レベルの電弱寄与と弱いループ修正が、合計修正においてどの程度キャンセルし合うのか？
• RQ4 サダコフ対数は、高 $k_T$ 領域において高 $M_{12}$ 領域と比較して、弱い修正をどの程度増幅させるのか？
• RQ5 クォークおよびグルーオン初期状態の過程は、弱い修正の構造にどの程度の寄与を果たすのか？

主な発見

• 主要ジェットの横運動量が $k_{T,1} = 1.5~\mathrm{TeV}$ に達する地点で、弱いループ修正は約 $-6\%$ に達し、高 $k_T$ ダイジェット最終状態における顕著な電弱効果を示している。
• 横運動量分布における修正は、インバリアント質量分布の約2倍大きく、これは $k_T$ スペクトルにおけるサダコフ領域の支配的性質に起因する。
• 木レベルの電弱寄与はループ修正と同程度の大きさだが符号が逆であり、合計修正において顕著なキャンセルを引き起こしている。
• $M_{12} = 2~\mathrm{TeV}$ では、高 $k_{T,1}$ の場合よりも修正が小さい。これは、高 $M_{12}$ 尾部がサダコフ領域ではなくレッジ（前方）領域に支配されているためである。
• $\sqrt{s} = 14~\mathrm{TeV}$ において、$k_{T,1} = 3~\mathrm{TeV}$ ではループ修正が $-11\%$ に達し、高エネルギー領域へのより深い探査を反映している。
• $t$-チャネルおよび $u$-チャネル図の $\mathcal{O}(\alpha_s \alpha)$ 干渉項が、特に $k_{T,1}$ の中央領域において、木レベル電弱修正の主な寄与源である。