[논문 리뷰] On the W&Y interpretation of high-energy Drell-Yan measurements.

Lorenzo Ricci, Riccardo Torre외 1명|arXiv (Cornell University)|2020. 08. 29.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 56인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 고에너지 Drell-Yan 측정에서 다음 최고 순서 QCD 및 한 루프 양자전자역학 보정을 계산하기 위한 새로운 분석적 재가중 방법을 제안하며, 계산 비용이 높은 스캔 없이도 새로운 물리학 파rameter의 효율적이고 전역적인 탐색을 가능하게 한다. 이 방법은 일관된 샤워링된 이벤트를 생성하고 LHC 및 HL-LHC에 대한 감도를 투영하며, 복합 힉스 장수 모델에서 W 및 Y 매개변수 탐지의 감도 향상을 확인한다.

ABSTRACT

High-energy neutral and charged Drell--Yan differential cross-section measurements are powerful probes of quark-lepton contact interactions that produce growing-with-energy effects. This paper provides theoretical predictions of the new physics effects at the Next-to-Leading order in QCD and including one-loop EW corrections at the single-logarithm accuracy. The predictions are obtained from SM Monte Carlo simulations through analytic reweighting. This eliminates the need of performing a scan on the new physics parameter space, enabling the global exploration of all the relevant interactions. Furthermore, our strategy produces consistently showered events to be employed for a direct comparison of the new physics predictions with the data, or to validate the unfolding procedure than underlies the cross-section measurements. Two particularly relevant interactions, associated with the W and Y parameters of EW precision tests, are selected for illustration. Projections are presented for the sensitivity of the LHC and of the HL-LHC measurements. The impact on the sensitivity of several sources of uncertainties is quantified.

연구 동기 및 목표

• 고에너지 Drell-Yan 측정을 쿼크-레프톤 접촉 상호작용의 탐지 수단으로 해석하기 위한 이론적 프레임워크를 개발하는 것.
• 계산 비용이 높은 스캔 없이도 새로운 물리학 매개변수 공간의 전역 탐색을 가능하게 하는 것.
• 실험 데이터와 직접 비교할 수 있는 일관된 샤워링된 몬테카를로 이벤트를 생성하는 것.
• 특히 W 및 Y 매개변수와 관련된 디멘션-6 연산자에 대해 LHC 및 HL-LHC의 감도를 정량화하는 것.
• 이론적, 매개변수적, 통계적 불확실성의 새로운 물리학 탐지 범위에 미치는 영향을 평가하는 것.

제안 방법

• 표준모형 몬테카를로 이벤트의 분석적 재가중을 통해 NLO QCD 및 단일- 및 이중-로그arithmic 전자역학 보정을 통합하는 방식을 사용한다.
• 효과적 장 이론에서 유도된 재가중 인자로, 현재-현재 4 Fermion 연산자의 윌슨 계수를 포함한다.
• POWHEG 방법을 활용하여 QCD 및 QED 샤워링이 일관되게 구현된 이벤트를 생성한다.
• DsixTools에서 유도된 달라지는 커플링 보정 및 β-함수를 사용하여 재가중 인자를 계산한다.
• 이론적 불확실성을 가능도 프레임워크 내에서 매개변수적 및 이론적 오차 전파를 통해 통합한다.
• 단계공간 빈으로 나누어진 가능도 기반 통계적 추론 방법을 사용하여 감도를 투영한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 NLO QCD 및 전자역학 보정은 어떻게 고에너지 Drell-Yan 단면적 예측에 효율적으로 통합될 수 있는가?
• RQ2 복합 힉스 장수 모델에서 W 및 Y 매개변수 탐지에 대해 LHC 및 HL-LHC의 감도 범위는 어떻게 되는가?
• RQ3 이론적 불확실성, 특히 PDF 및 고차항 보정에서 기인하는 영향은 무엇인가?
• RQ4 분석적 재가중은 전체 이벤트 생성 스캔을 대체하여 글로벌 EFT 피팅에 사용될 수 있는가?
• RQ5 전자역학 로그 보정은 고에너지에서의 향후 감도에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 이 방법은 스캔 없이도 새로운 물리학 매개변수의 전역 탐색을 가능하게 하여 계산 비용을 줄이면서도 정확도를 유지한다.
• 새로운 물리학 기여에 대한 이론적 불확실성은 무시할 수 있으며, 주로 SM 항에서 기인하며 특히 PDF에서 기인한다.
• 이론적 불확실성을 제어하기 위해 NNLO QCD 보정이 충분하며, 한 루프 전자역학 보정은 정밀도에 필수적이다.
• 두 루프 전자역학 로그 보정은 심지어 HL-LHC에서도 감도에 미미한 영향을 미치며, 단일-로그 정확도로도 충분함을 시사한다.
• 더 높은 루미노사티비티로 인해 W 및 Y 매개변수의 감도가 크게 향상되며, 통합 루미노사티비티 3000 fb⁻¹ 이하에서 95% CL 감도가 예측된다.
• 이 프레임워크는 글로벌 EFT 피팅 및 다중 미분 단면적 분석, 특히 각도 분포에 대해 확장 가능하다.