[논문 리뷰] NLO corrections to Z production in association with several jets

Daniel Goetz, Christian Reuschle외 2명|arXiv (Cornell University)|2014. 07. 01.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 22인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 LHC에서 5개의 조건자와 함께 Z 보손 생성에 대한 NLO QCD 보정의 첫 번째 수치적 계산을 제시한다. 이는 파arton 다중성에 대해 다항식 스케일링을 달성하는 새로운 수치적 방법을 사용한다. 이 방법은 단일 몬테카를로 통합을 통해 위상공간과 루프 모멘텀 통합을 결합함으로써 유한하고 몬테카를로 통합 가능한 NLO 행렬 요소를 가능하게 하며, 개선된 적외선 및 양자역학적 하향 조정 기법을 사용하여 주로 색상 기반으로 된 초기 단계의 단면적 결과를 도출한다. 통계적 불확실성은 관리 가능하다.

ABSTRACT

In this talk we report on first results from the NLO computation of Z production in association with five jets in hadron-hadron collisions. The results are obtained with the help of the numerical method, where apart from the phase space integration also the integration over the loop momentum is performed numerically. In addition we discuss several methods and techniques for the improvement of the Monte Carlo integration.

연구 동기 및 목표

• 강입자-강입자 충돌에서 5개의 제트와 함께 Z 보손 생성에 대한 다음 주요 순서(NLO) QCD 보정을 계산하기 위해.
• 전통적인 방법이 계승적으로 또는 지수적으로 스케일링되는 고다중성 파arton 계산의 과제를 해결하기 위해.
• 위상공간과 루프 모멘텀 통합을 결합하여, 루프 모멘텀과 위상공간 통합을 하나의 몬테카를로 통합으로 통합함으로써, 끝내기 위한 끝없는, 통합 가능한 NLO 행렬 요소를 확보하기 위한 수치적 방법을 개발하고 적용하기 위해.
• 위상공간과 스핀 각도에서 국소적 보정을 통해 몬테카를로 통합 효율성을 향상시키기 위해.
• 외부 입자 수에 대해 다항식 스케일링(n³)을 달성하여, Z+5 제트와 같은 고다중성 과정에의 접근을 가능하게 하기 위해.

제안 방법

• 수치적 방법은 NLO 단면적을 세 개의 유한하고 별개로 통합 가능한 항으로 재구성한다: 실제 방출, 가상 보정, 삽입 항.
• 몬테카를로 수렴성이 차원에 독립적이므로, 위상공간과 루프 모멘텀 통합을 하나의 몬테카를로 통합으로 통합한다.
• 적외선 및 양자역학적 하향 조정 항을 실제 및 가상 기여에 모두 적용하여, 4차원 루프 통합에서도 유한한 결과를 보장한다.
• 순환 순서 기반의 원시 진폭을 사용하여 외부 입자 수에 대해 n³ 스케일링을 달성하며, 하향 조정 항의 효율적인 재귀 계산을 수행한다.
• 스핀 공간에서 국소적 하향 조정을 보장하기 위해 일반화된 델타 포지션 형식을 사용하여 실제 방출 행렬 요소에서 무작위 극화를 사용할 수 있다.
• CTEQ6M 및 CTEQ6L1 PDF를 사용한 주로 색상 근사치를 사용하며, αs의 전역 QCD 실행 및 PDF 진화를 포함한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 외부 입자 수에 대해 다항식 스케일링(n³)을 갖는 수치적 방법이 Z+5 제트에 대한 NLO QCD 보정을 성공적으로 적용할 수 있는가?
• RQ2 루프 모멘텀과 위상공간 통합을 결합함으로써 고다중성 과정에 대해 끝없고 통합 가능한 행렬 요소를 어떻게 구성할 수 있는가?
• RQ3 위상공간과 스핀 각도에서 국소적 하향 조정을 통해 몬테카를로 통합 효율성에 어떤 향상이 이루어질 수 있는가?
• RQ4 이 수치적 방법은 가상 및 실제 방출 기여에서 동시에 적외선 및 양자역학적 발산을 어떻게 다루는가?
• RQ5 Z+5 제트 단면적에 대한 NLO 보정의 크기는 얼마이며, 통계적 불확실성은 통합 통계량에 따라 어떻게 스케일링되는가?

주요 결과

• 외부 상태 파arton 수에 대해 다항식 스케일링(n³)을 갖는 수치적 방법을 사용하여 pp → Z + 5 jets에 대한 최초의 초보적 NLO QCD 보정을 계산하였다.
• 주로 색상 기반의 LO 단면적은 σ_LO,lc = 0.138 ± 0.009 pb이며, NLO 단면적은 σ_NLO,lc = 0.161 ± 0.113 pb이다.
• NLO 결과의 큰 통계적 불확실성(±0.113 pb)은 더 높은 통계량과 더 긴 몬테카를로 실행을 통해 감소할 것으로 예상된다.
• 루프 모멘텀과 위상공간 통합을 하나의 수치적 통합으로 통합함으로써, 끝없고 몬테카를로 통합 가능한 NLO 행렬 요소를 가능하게 하였다.
• 순환 순서 기반 원시 진폭과 재귀적 하향 조정 기법의 사용은 실제 및 가상 진폭에 대해 모두 효율적인 계산과 n³ 스케일링을 보장한다.
• √s = 7 TeV에서 CTEQ6M PDF를 NLO로, CTEQ6L1을 LO로 사용하며, 총 횡방향 운동량 합에 기반한 명목 스케일 선택을 수행하였다.