[논문 리뷰] On the excess in the inclusive $W^+W^- ightarrow l^+l^- u\bar u$ cross section

Pier Francesco Monni, Giulia Zanderighi|arXiv (Cornell University)|2014. 10. 17.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 24인용 수 12

한 줄 요약

이 논문은 LHC에서 ATLAS가 측정한 포함형 W⁺W⁻ → l⁺l⁻νν̄ 분포의 명백한 초과 현상을 조사하며, 이와 같은 NLO QCD 예측과의 괴리가 새로운 물리학이 아니라 POWHEG 몬테카를로 생성기의 피드유지 영역에서 포함 영역으로의 외삽 과정에서의 과대평가 때문임을 밝힌다. 저자들은 피드유지 단면적과 NLO 예측 간에 유의미한 긴장이 없음을 발견하였으며, 고차수 보정(이중 이중 보정, NNLO/NNLL)이 추가로 일치를 안정화시킬 것으로 기대된다.

ABSTRACT

In this note we analyse the excess in the $W^+W^-$ inclusive cross section recently measured by the LHC experiments. We point out that in fact for the ATLAS fiducial cross sections there is no excess in the measurements compared to the NLO QCD predictions. We also argue that higher order effects to the fiducial cross section are small, and tend to cancel each other, hence the inclusion of NNLO and NNLL corrections will not modify this agreement significantly. We find that at 8 TeV a substantial part of the disagreement with the NLO prediction for the total cross section observed by ATLAS is due to the extrapolation carried out with POWHEG.

연구 동기 및 목표

• 8 TeV에서 ATLAS가 측정한 포함형 W⁺W⁻ 단면적에서 관측된 약 2–2.5σ의 초과 현상을 해결하기 위해.
• 관측된 NLO QCD 예측과의 긴장이 새로운 물리학인지 이론적/실험적 불확실성 때문인지 평가하기 위해.
• 고차수 QCD 보정(이중 이중 보정, NNLO, NNLL)과 부분자 스프레드 효과가 피드유지 및 포함형 단면적에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 특히 제트-보이드 효율성에 대해 POWHEG 생성기의 피드유지 영역에서 포함 영역으로의 외삽 신뢰성 조사하기 위해.

제안 방법

• MCFM 6.6를 사용하여 8 TeV에서 ATLAS의 피드유지 단면적을 MSTW2008nlo PDFs와 Gμ 체계 파arameters를 사용해 NLO QCD 예측과 비교.
• M4l(전자 쌍의 진동 질량)을 중심으로 µR 및 µF를 두 배로 변화시켜 척도 불확실성 평가.
• 제트-보이드 효율성 비교를 통해 POWHEG 생성기가 피드유지에서 포함 영역으로의 외삽을 과대평가하고 있음을 분석.
• 재척조정 기법을 사용해 NNLO 및 NNLL 보정을 추정하고 NLO 결과와 비교하여 단면적 비율에 미치는 영향 평가.
• 222 GeV의 중간 진동 질량을 포함한 개선된 NNLL+NNLO 연구를 기반으로 수정된 효율 비율을 사용해 피드유지 단면적 재평가.
• 개선된 효율 비율을 사용해 피드유지 단면적 재계산을 수행하고 결과의 변화가 최소임을 확인해 일관성 검증.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 8 TeV에서 관측된 약 2–2.5σ의 포함형 W⁺W⁻ 단면적 초과 현상은 새로운 물리학 때문인가, 아니면 이론적/실험적 오류 때문인가?
• RQ2 ATLAS가 측정한 피드유지 단면적은 NLO QCD 예측과 유의미한 긴장이 있는가?
• RQ3 고차수 QCD 보정(이중 이중 보정, NNLO, NNLL)은 피드유지 및 포함형 단면적에 어느 정도의 영향을 미치는가?
• RQ4 POWHEG 생성기의 피드유지에서 포함 영역으로의 외삽은 특히 제트-보이드 효율성 측면에서 얼마나 정확한가?
• RQ5 향상된 NNLO+NNLL 효율 비율은 포함형 단면적의 괴리 문제를 해결할 수 있는가?

주요 결과

• 측정된 피드유지 단면적과 NLO QCD 예측 간에 유의미한 긴장이 없으며, 1–σ 수준에서 일치함.
• ATLAS에서 보고한 포함형 단면적 괴리의 주요 원인은 새로운 물리학이 아니라 POWHEG 생성기의 외삽 과대평가에서 기인함.
• 고차수 QCD 보정(이중 이중 보정, NNLO 및 NNLL)은 작고 상호 상쇄될 것으로 예상되어 NLO 예측과의 일치를 유지함.
• NNLO+NNLL 보정은 피드유지 단면적이 이론과 양호하게 일치한다는 결론을 변화시키지 않음.
• 222 GeV의 중간 진동 질량을 사용해 수정된 효율 비율을 적용해 피드유지 단면적 재계산한 결과 원래 추정치와 거의 동일한 결과를 도출해 신뢰성 확인.
• 본 연구는 관측된 초과 현상이 새로운 물리학의 징후가 아니며, POWHEG 프레임워크 내의 생성기 의존적 외삽 효과의 결과임을 결론 내림.