[논문 리뷰] HEJ 2.2: W boson pairs and Higgs boson plus jet production at high energies

Jeppe R. Andersen, B. Ducloué외 7명|arXiv (Cornell University)|2023. 01. 01.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 32인용 수 2

한 줄 요약

HEJ 2.2는 동일 전하를 가진 W 보손 쌍 생성 및 다수의 제트를 포함하는 고에너지 상태, 그리고 하나 이상의 제트와 함께 생성되는 힉스 보손에 대해 고에너지 다중항 정규화를 구현한 향상된 몬테카를로 이벤트 생성기이다. 이는 고에너지 로그의 전순서 정규화를 고정순서 예측과 고도로 통합한 매칭 인터페이스를 통해 정확도를 향상시켜, 전통적인 양자장론 이론이 실패하는 고다중성 제트 과정에 대해 정밀한 시뮬레이션을 가능하게 한다.

ABSTRACT

We present version 2.2 of the High Energy Jets (HEJ) Monte Carlo event generator for hadronic scattering processes at high energies. The new version adds support for two further processes of central phenomenological interest, namely the production of a W boson pair with equal charge together with two or more jets and the production of a Higgs boson with at least one jet. Furthermore, a new prediction for charged lepton pair production with high jet multiplicities is provided in the high-energy limit. The accuracy of HEJ 2.2 can be increased further through an enhanced interface to standard predictions based on conventional perturbation theory. We describe all improvements and provide extensive usage examples. HEJ 2.2 can be obtained from https://hej.hepforge.org.

연구 동기 및 목표

• 두 개 이상의 제트를 포함하는 동일 전하를 가진 W 보손 쌍 생성에 대해 고에너지 정규화를 적용한 High Energy Jets (HEJ) 프레임워크의 확장을 목적으로 한다.
• 이전에 두 개 이상의 제트에 국한되었던, 단일 제트와 함께 생성되는 힉스 보손에 대한 고에너지 정규화를 가능하게 한다.
• 고다중성 제트를 포함하는 경우 고정순서 매칭이 더 이상 가능하지 않은 상황에서, 충전 레프톤 쌍 생성에 대한 순수 정규화 예측을 제공한다.
• 고정순서 생성기와의 인터페이스를 향상시켜, 다음에서 가장 높은 순서(NLO) 정밀도의 차별적 재가중, 저운동량 제트 필터링, 다양한 입력 이벤트 파일 스트리밍 기능을 지원한다.

제안 방법

• HEJ 프레임워크를 사용하여 입자 중심질량 에너지에서 큰 로그를 고에너지 정규화하여, ˆs/p⊥^2 로그를 전순서로 정규화한다.
• 정규화된 행렬 원소를 복잡한 최종 상태와 다수의 제트를 처리할 수 있는 융통성 있는 몬테카를로 이벤트 생성기에 통합한다.
• 기존 고정순서 생성기와의 매칭 인터페이스를 확장하여, 다음에서 가장 높은 순서(NLO) 정밀도의 차별적 재가중을 가능하게 한다.
• 저운동량 제트 필터링 및 다양한 입력 이벤트 형식 스트리밍을 위한 새로운 기능을 도입한다.
• 이전에 두 개 이상의 제트에 국한되었던, 단일 제트와 함께 생성되는 힉스 보손에 대한 고에너지 정규화를 지원한다.
• 고다중성 제트를 포함하는 경우, 가상 광자 또는 Z 보손을 통한 레프톤 쌍 생성에 대해 순수 정규화 예측을 가능하게 한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 두 개 이상의 제트를 포함하는 최종 상태에서 동일 전하를 가진 W 보손 쌍 생성에 대해 고에너지 정규화를 성공적으로 확장할 수 있는가?
• RQ2 최소 두 개의 제트가 필요했던 것과 달리, 단일 제트와 함께 생성되는 힉스 보손에 대해 정확한 고에너지 정규화를 달성할 수 있는가?
• RQ3 고다중성 제트를 포함하는 과정에서 고정순서 매칭이 더 이상 계산적으로 가능하지 않은 상황에서 고에너지 정규화를 고정순서 예측과 어떻게 결합할 수 있는가?
• RQ4 HEJ와 고정순서 생성기 간의 인터페이스에 어떤 개선을 가해야 하며, 차별적 재가중 및 저운동량 제트 필터링과 같은 고급 기능을 지원할 수 있는가?
• RQ5 다수의 제트를 포함하는 레프톤 쌍 생성에 대해 고정순서 계산의 제약을 피한 채로 순수 정규화 예측을 신뢰성 있게 생성할 수 있는가?

주요 결과

• HEJ 2.2는 두 개 이상의 제트를 포함하는 동일 전하를 가진 W 보손 쌍 생성에 대해 고에너지 정규화를 성공적으로 구현하여 고에너지 영역에서 정확한 예측을 가능하게 하였다.
• 이 프레임워크는 이제 단일 제트와 함께 생성되는 힉스 보손을 지원하여, 이전에 두 제트 이상이 필요했던 과정의 범위를 초월하였다.
• 고다중성 제트를 포함하는 충전 레프톤 쌍 생성에 대해 순수 정규화 예측이 이제 가능해져 고정순서 매칭의 제약를 극복하였다.
• 향상된 인터페이스를 통해 다음에서 가장 높은 순서(NLO) 정밀도의 차별적 재가중이 가능해져 실험 데이터와의 고정밀도 비교를 가능하게 하였다.
• 저운동량 제트 필터링 및 다양한 입력 이벤트 파일 스트리밍 기능이 추가되어 사용성 향상과 외부 도구와의 통합이 향상되었다.
• HEJ 2.2는 https://hej.hepforge.org 에서 공개되어 있으며, Docker 및 소스 설치 옵션을 제공하며, 포괄적인 문서화 및 테스트 절차를 포함하고 있다.