[논문 리뷰] Accurate single- and double-differential resummation of colour-singlet processes with MATRIX+RadISH: $W^+W^-$ production at the LHC

Stefan Kallweit, Emanuele Ré외 2명|arXiv (Cornell University)|2020. 04. 16.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 175인용 수 53

한 줄 요약

본 논문은 colour-singlet 생산에 대해 NNLO에 맞춰 고정밀 재주기(resummation) (N3LL)을 수행하는 Matrix+RadISH 인터페이스를 개발하고, 이를 fiducial 컷이 적용된 전체 렙토닉 WW 생산에 적용하여 여러 관측량에 대해 NNLO+N3LL 및 NNLO+NNLL 예측을 얻는다.

ABSTRACT

We present the combination of fully differential cross sections for colour-singlet production processes at next-to-next-to-leading order (NNLO) QCD obtained with MATRIX and all-order resummation through RadISH. This interface allows us to achieve unprecedented accuracy for various transverse observables in $2 \ ightarrow 2$ production processes. As an important application we consider $W^+ W^-$ production at the LHC, more precisely the full leptonic process $pp\ o \\ell^+\\ell^{\\prime\\, -}\ u_{\\ell}{\\bar\ u}_{\\ell^\\prime}+X$ with $\\ell'\ eq\\ell$, and we present resummed predictions for differential distributions in presence of fiducial selection cuts. In particular, we resum the transverse-momentum spectrum of the $W^+ W^-$ pair at next-to-next-to-next-to-leading logarithmic (N$^3$LL) accuracy and match it to the integrated NNLO cross section. The transverse-momentum spectrum of the leading jet in $W^+ W^-$ production is calculated at NNLO+NNLL accuracy. Finally, the joint resummation for the transverse-momentum spectrum of the $W^+ W^-$ pair in the presence of a jet veto is performed at NNLO+NNLL. Our phenomenological study highlights the importance of higher-order perturbative and logarithmic corrections for precision phenomenology at the LHC.

연구 동기 및 목표

• NNLO+resummation 프레임워크를 사용하여 colour-singlet 프로세스에 대한 완전 미분 NNLO QCD 예측을 제공합니다.
• 전이 관측치에 대한 N3LL 재주기를 달성하고 이를 NNLO 교차 섹션과 매칭합니다.
• 프레임워크를 전체 렙토닉 최종 상태와 fiducial 컷이 적용된 WW 생산에 적용합니다.
• 다중 및 이중 미분 재주기(pT, pT^J), 제트 배제 시나리오를 포함하여 제공합니다.

제안 방법

• colour-singlet 생산에서 전 방향 재주기를 수행하기 위해 Matrix를 RadISH와 인터페이스합니다.
• Matrix에서 qT-subtraction을 사용하여 제어된 r_cut 외삽으로 NNLO 교차 섹션을 구성합니다.
• pT 및 관련 관측치에 대해 로그를 N3LL 정확도로 재주기하기 위해 momentum space에서 RadISH를 활용합니다.
• 재주기된 결과를 고정 차수 교차 섹션에 NNLO+N3LL(및 NNLO+NNLL) 매칭을 수행합니다.
• Born 운동학에서 완전 미분되도록 제트 배제와 함께 pT 및 pT^J 스펙트럼을 얻기 위해 RadISH 이중 미분 형식을 활용합니다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 NNLO 정확도로 colour-singlet 프로세스에 대해 고정밀 다중 미분 재주기를 어떻게 달성할 수 있는가?
• RQ2 colour-singlet 시스템 및 관련 제트의 transverse momentum 스펙트럼에 대한 N3LL 재주기의 영향은 무엇인가?
• RQ3 full leptonic 최종 상태와 fiducial 컷이 있는 WW 생산에 대해 Matrix+RadISH 인터페이스의 성능은 어떠한가?
• RQ4 NNLO를 NNLL/N3LL 재주기와 결합할 때 제트 배제 교차 섹션 및 제트 관련 관측치의 개선은 무엇인가?
• RQ5 제트 배제 조건을 갖는 pT 및 pT^J의 이중 미분 재주기가 신뢰성 있게 달성되고 NNLO에 매칭될 수 있는가?

주요 결과

• fiducial 컷이 존재하는 WW 생산에서 W+W− 쌍 pT 스펙트럼에 대해 NNLO+N3LL 정확도로 재주기한 예측들.
• WW 생산에서 선두 제트의 transverse momentum(pT^J)에 대해 NNLO+NNLL 예측이 계산되었습니다.
• 제트 배제 제약과 함께 WW 쌍 pT에 대한 공동 NNLO+NNLL 재주기.
• 인터페이스는 이차 루프 진폭이 사용 가능한 거의 모든 colour-singlet 프로세스에 대한 재주기를 가능하게 합니다.
• 정밀한 LHC 페노메노지에 대한 고차 섭동 및 대수적 보정의 현상학적 중요성을 시연했습니다.
• 제트 배제 조건하의 fiducial WW 교차 섹션에 대한 ATLAS 데이터와의 비교가 강조됩니다.