[논문 리뷰] NLO QCD + EW corrections to $WWW$ production with leptonic decays at the LHC

Shen Yong-Bai, Zhang Ren-You외 3명|arXiv (Cornell University)|2016. 05. 02.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 40인용 수 11

한 줄 요약

이 논문은 LHC에서 렙톤 붕괴를 동반한 $WWW$ 생성에 대한 NLO QCD 및 NLO 양전기역학 보정을, 스핀 상관관계와 유한 폭 효과를 포함하는 개선된 좁은 폭 근사법을 사용하여 제시한다. 보정은 매우 뚜렷하며, NLO QCD 보정은 28.19%이고 NLO EW 보정은 15.15%로 나타나 정밀도 예측을 위해 둘 다 포함하는 것이 필수적임을 시사한다. 특히 스케일 불확도와 양성계수 안정성을 향상시키기 위해 강한 제트 보존 조건을 적용할 경우 더욱 그렇다.

ABSTRACT

In this paper we calculate the next-to-leading order (NLO) QCD and NLO electroweak (EW) corrections to $WWW$ production with subsequent $W$-boson leptonic decays at the LHC by adopting an improved narrow width approximation which takes into account the spin correlation and finite width effects from the $W^{\pm}$-boson decays. The NLO QCD correction from gluon-quark reaction channels is discussed, which enhances significantly the NLO QCD correction in high energy region for the transverse momentum and invariant mass distributions of final particle. We provide also the integrated cross section for the $WWW$ production and various kinematic distributions of final products with NLO QCD+EW accuracy. We find by applying a hard jet veto in events selection, we can keep the convergence of the perturbative QCD description and improve the scale uncertainty. Our numerical results show that both the NLO QCD and NLO EW corrections should be considered in precision predictions. We see also that the genuine NLO QCD relative correction to the integrated cross section for $W^+W^-W^+$ production at the $14~{ m TeV}$ LHC, is $28.19\%$ in the jet veto condition of $p^{jet}_T > p^{jet,lower}_T=50~{ m GeV}$, while the pure NLO EW relative corrections can reach $15.15\%$ in inclusive event selection scheme.

연구 동기 및 목표

• LHC에서 렙톤 붕괴를 동반한 $WWW$ 생성에 대한 NLO QCD 및 NLO 전기역학 보정을 계산하기.
• W^\pm-보손 붕괴에서 스핀 상관관계와 유한 폭 효과를 포함함으로써 좁은 폭 근사법을 개선하기.
• 강한 제트 보존이 양성계수 QCD 수렴성과 스케일 불확도에 미치는 영향을 평가하기.
• NLO QCD+EW 정확도에서 통합 단면적과 운동량 분포에 대한 정밀 예측을 제공하기.
• $\sqrt{s} = 14~\text{TeV}$에서 $W^+W^-W^+$ 생성에 대한 QCD 및 EW 보정의 상대 크기를 정량화하기.

제안 방법

• W^\pm-보손 붕괴에서 스핀 상관관계와 유한 폭 효과를 고려한 개선된 좁은 폭 근사법을 채택하기.
• 고정 순서 QCD 계산을 통해 쿼크-글루온 채널에서 기인한 NLO QCD 보정을 계산하기.
• 완전한 페르미온 및 게이지 보손 기여를 포함한 일주위 상관관계를 통한 NLO 전기역학 보정을 포함하기.
• QCD 복사 억제와 양성계수 안정성 향상을 위해 $p_T^{\text{jet}} > 50~\text{GeV}$ 조건을 적용한 강한 제트 보존을 적용하기.
• 통합 단면적과 횡방향 운동량 및 진동 질량에 대한 미분 분포의 수치적 평가 수행하기.
• 스케일 의존성과 수렴성을 평가하기 위해 포함 및 제트 보존 조건이 적용된 이벤트 선택 기준 간의 결과 비교하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 LHC에서 렙톤 붕괴를 동반한 $WWW$ 생성에 대한 NLO QCD 보정의 크기와 구조는 고에너지 영역에서 어떻게 나타나는가?
• RQ2 NLO 전기역학 보정은 $WWW$ 생성의 통합 단면적과 운동량 분포에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 강한 제트 보존을 적용할 경우, $WWW$ 생성 과정에서의 양성계수 수렴성 향상과 스케일 불확도 감소 정도는 어느 정도인가?
• RQ4 W^\pm-보손 붕괴에서의 스핀 상관관계와 유한 폭 효과는 좁은 폭 근사법의 정확도에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 제트 보존 조건과 포함 조건 하에서, $\sqrt{s} = 14~\text{TeV}$에서 $W^+W^-W^+$ 생성에 대한 NLO QCD 및 NLO EW 보정의 상대 크기는 얼마인가?

주요 결과

• NLO QCD 보정은 고에너지 영역에서 횡방향 운동량 및 진동 질량 분포를 강화하며, 특히 쿼크-글루온 채널에서 두드러진다.
• 제트 보존 조건 $p_T^{\text{jet}} > 50~\text{GeV}$ 하에서 $14~\text{TeV}$에서 $W^+W^-W^+$ 생성에 대한 통합 단면적에 대한 NLO QCD 상대 보정은 $28.19\%$이다.
• 포괄적 이벤트 선택 기준에서 순수한 NLO 전기역학 보정은 $15.15\%$에 이르며, 정밀도 예측에 상당한 영향을 미친다.
• 강한 제트 보존을 적용함으로써 $WWW$ 생성 과정에서의 양성계수 안정성 향상과 스케일 불확도 감소가 이루어진다.
• LHC에서 정확하고 신뢰할 수 있는 예측을 위해서는 NLO QCD 및 NLO EW 보정을 동시에 포함시켜야 한다.
• 스핀 상관관계와 유한 폭 효과를 포함한 개선된 좁은 폭 근사법은 W-보손 붕괴를 더 정밀하게 모델링할 수 있도록 보장한다.