[논문 리뷰] Automating Predictions for Standard Model Effective Field Theory in MadGraph5_aMC@NLO

Cen Zhang|arXiv (Cornell University)|2016. 01. 15.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 23인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 표준모형효과에너지학설(Effective Field Theory, SMEFT)에서 양정적색역학(QCD)의 다음 주요순서(NLO) 계산을 MadGraph5_aMC@NLO 프레임워크를 사용하여 자동화하는 것을 제시한다. 이는 SMEFT 과정에 대해 QCD에서 다음 주요순서까지 완전히 자동으로 이벤트 생성을 가능하게 한다. 주요 기여는 토프-夸克, 전자약력, 힉스 섹터의 6차원 연산자 구현이며, $t\bar{t}H$, $W$-쌍 생성, 단일-톱 생성과 같은 주요 과정들을 위한 NLO 호환 UFO 모델이 이제 이용 가능하다.

ABSTRACT

Next-to-leading order event generation for the Standard Model effective field theory has started to become available in the MadGraph5_aMC@NLO framework. In this talk we discuss some of the recent progresses in this direction, with a focus on the top-quark sector.

연구 동기 및 목표

• 정밀도 LHC 물리학을 위한 표준모형효과에너지학설(SMEFT)에서 완전히 자동화된 NLO QCD 계산을 가능하게 하기 위해.
• 신규 물리 스케일에 대한 엄격한 경계를 설정하고 표준모형을 초월한 신호를 특성화하기 위해 정확한 이론적 예측이 필요함을 해결하기 위해.
• MadGraph5_aMC@NLO 프레임워크를 확장하여 SMEFT의 NLO를 지원함으로써, 루프 보정 및 보정항 생성을 포함하기 위해.
• 전역 피팅 및 현상학적 연구에 사용 가능한 토프-夸克, 힉스, 전자약력 섹터의 주요 과정들을 위한 NLO 호환 UFO 모델을 제공하기 위해.
• 자동화된 SMEFT 도구를 사용하여 NLO 정확도의 전역 피팅 프로그램의 실현 가능성을 입증하기 위해.

제안 방법

• MC@NLO 방법을 통해 부분자류 매칭이 가능한 자동화된 NLO QCD 계산을 위한 MadGraph5_aMC@NLO 프레임워크를 사용한다.
• FeynRules 패키지를 사용하여 SMEFT 라그랑지안을 구현하고, MadGraph5_aMC@NLO와 호환되는 UFO 모델 파일을 생성한다.
• NLOCT 패키지에 의해 생성된 고립 및 $R_2$ 보정항을 필요로 하는, MadLoop를 사용한 1-루프 보정을 계산한다.
• NLOCT 패키지를 사용하여 6차원 보정항을 계산하며, 효과에너지학의 정점에 대한 완전한 지원을 위한 지속적인 개발이 진행 중이다.
• 사례 연구를 통해 토프-夸크 결합, $W$-쌍 생성, $t\bar{t}H$ 생성에 대한 결과를 검증하고, LO 및 NLO 예측을 비교한다.
• 히긴스 섹터 연산자에 대한 기준으로 힉스 효과에너지학라그랑지안(HEL)과 HC 프레임워크를 사용하며, UFO 모델은 공개되어 있다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 MadGraph5_aMC@NLO 프레임워크 내에서 SMEFT 과정에 대해 NLO QCD 보정을 체계적이고 자동으로 생성할 수 있는가?
• RQ2 토프-夸克, 힉스, 전자약력 섹터의 주요 SMEFT 연산자에 대해 NLO 호환 UFO 모델의 현재 상태는 어떠한가?
• RQ3 자동화된 NLO 시뮬레이션은 LHC 측정에 대한 SMEFT 현상학의 정밀도를 어느 정도 향상시킬 수 있는가?
• RQ4 NLO 보정은 이종삼중가역가열( anomalous triple gauge couplings)이 있는 $t\bar{t}H$ 및 $W$-쌍 생성 과정의 미분 분포에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 MadGraph5_aMC@NLO 및 FeynRules와 같은 자동화 도구를 사용하여 SMEFT 연산자의 전역 피팅을 NLO 정확도로 수행할 수 있는가?

주요 결과

• SMEFT 과정에 대한 NLO QCD 보정이 이제 MadGraph5_aMC@NLO에서 이용 가능해져, 부분자류 매칭이 가능한 완전한 자동 이벤트 생성이 가능해졌다.
• 토프-夸克 섹터의 NLO UFO 모델은 $O_{tG}$, $O_{tW}$, $O_{\bar{t}\varphi}$와 같은 연산자를 포함하여 성공적으로 구현되었으며, 공개되어 있다.
• pp \to t\bar{t}H 과정에서 $O_{\varphi G}$, $O_{t\varphi}$, $O_{tG}$ 가 NLO에서 기여하며, $O_{\varphi G}$ 는 $\mathcal{O}(\alpha_s)$ 에서 $O_{t\varphi}$ 와 혼합된다.
• $O_{WWW}$ 연산자가 포함된 $W$-쌍 생성 과정은 그림 2에 나타나 있듯이, 관측 질량 분포에서 뚜렷한 NLO 보정을 보인다.
• 플레버-변형 토프-夸크 붕괴 및 단일-톱 생성을 위한 NLO 호환 모델이 이용 가능하며, 4-페르미온 연산자는 현재 개발 중이다.
• 히긴스 효과에너지학라그랑지안(HEL)은 QCD에서 NLO로 확장 중이며, 주요 힉스 생성 모드(글루온 융합, VBF, $VH$)가 이제 SMEFT에서 NLO로 접근 가능해졌다.