[논문 리뷰] QCD calculations for the LHC: status and prospects

Gudrun Heinrich|arXiv (Cornell University)|2017. 10. 13.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 68인용 수 10

한 줄 요약

이 논문은 LHC를 위한 고정밀 QCD 계산을 검토하며, 다음으로 두 번째로 높은 순서(NNLO) 보정과 다중 파arton 진폭에서의 적외선 특이성을 다루는 고도화된 기법을 중심으로 다룬다. 이는 이중 루프 진폭 계산 분야에서의 주요 진전을 보여주며, 섹터 개선 잔여항과 앤티나 빼기 방법의 사용을 포함한다. 또한 글루온 융합에서 힉스 보손 쌍 생성에 대해 전체 토퍼 쿼크 질량 의존성에 기반한 NLO 및 NNLO 예측을 보고하며, LHC에서의 새로운 물리 탐색을 위한 정밀 현상학을 가능하게 한다.

ABSTRACT

We briefly review the status of high precision QCD predictions available for LHC processes, focusing on corrections beyond NLO and ways to make the latter available in a convenient format. As a phenomenological example we discuss the two-loop corrections to Higgs boson pair production in gluon fusion.

연구 동기 및 목표

• LHC 과정에 대한 NLO 초과의 고정밀 QCD 예측의 현재 상태를 평가하기 위해.
• 특히 이중 실 방사선에서의 적외선 특이성의 고립 문제를 포함한 NNLO QCD 보정 계산의 뚜렷한 장애물을 규명하고 해결하기 위해.
• 특히 힉스 보손 쌍 생성과 같은 핵심 LHC 과정에 대해 전체 토퍼 쿼크 질량 효과와 고도화된 빼기 체계를 통합함으로써 정밀 현상학적 예측을 가능하게 하기 위해.
• 다음 세대 표준모형 예측의 정밀도를 달성하는 데 필수적인 이론적 도구와 계산 방법에 대한 종합적인 개요를 제공하기 위해.

제안 방법

• NNLO 이중 실 방사선 진폭에서의 적외선 발산을 고립하기 위해 앤티나 빼기 및 qT-빼기 방법을 사용한다.
• 톱 쿼크 쌍 생성과 같은 복잡한 다중 스케일 진폭을 처리하기 위해 섹터 개선 잔여항 빼기 및 보른 상태로의 투영 기법을 적용한다.
• SecDec 및 pySecDec를 사용한 다중 스케일 적분의 수치 평가를 포함한 이중 루프 적분에 대한 수치적 및 해석적 기법을 활용한다.
• POWHEG 방법을 사용해 NLO QCD 예측을 파arton 쇼워와 매칭하여 정확한 미분 분포를 확보한다.
• 이중 루프 가상 진폭과 실 방사선 진폭을 통해 힉스 보손 쌍 생성에서 전체 토퍼 쿼크 질량 의존성을 통합한다.
• 효과적 장 이론과 소프트-콜린어 효과적 장 이론의 통찰을 활용해 빼기 체계를 안내하고 적외선 구조 처리를 향상시킨다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 LHC 과정에 대한 NNLO QCD 보정 계산에서의 현재 한계는 무엇이며, 특히 이중 실 방사선에서의 적외선 특이성 처리에 있어 어떤가?
• RQ2 다양한 빼기 방법(예: 앤티나, qT, N-젯티니스)은 NNLO에서 이중 실 방사선을 다룰 능력에서 어떻게 비교되는가?
• RQ3 NLO 및 NNLO에서 글루온 융합에서의 힉스 보손 쌍 생성에 대해 전체 토퍼 쿼크 질량 의존성이 미치는 영향은 무엇인가?
• RQ4 질량이 있는 및 비정상 상태의 입자를 포함한 이중 루프 진폭은 힉스 및 벡터 보손 생성에 대한 정밀 예측에 어떻게 기여하는가?
• RQ5 이중 루프 오our-포인트 및 스핀 상태 진폭을 계산하는 데 있어 주요 과제는 무엇이며, 어떻게 해결되고 있는가?

주요 결과

• 앤티나 빼기 및 qT-빼기와 같은 빼기 방법의 개발이 색이 없는 최종 상태와 최대 한 개의 제트를 포함한 과정에 대해 처음으로 완전한 미분 NNLO 예측을 가능하게 하였다.
• 섹터 개선 잔여항 빼기 방법을 사용해 NNLO에서 토퍼 쿼크 쌍 생성을 성공적으로 계산하였으며, 이는 복잡한 과정에 대해 이 방법의 실현 가능성을 입증하였다.
• NLO에서 힉스 보손 쌍 생성에 대해 전체 토퍼 쿼크 질량 의존성이 구현되었으며, 결과적으로 무거운 토퍼 쿼크 근사와 비교해 상당한 보정 효과를 보였다.
• 글루온 융합에서의 힉스 보손 쌍 생성에 대한 NLO 보정은 타원 적분을 포함한 새로운 함수 클래스를 포함하는 이중 루프 가상 진폭을 포함하며, 더 높은 수학적 복잡성을 나타낸다.
• 평면형 이중 루프 오our-포인트 적분과 스핀 상태 진폭이 계산되었으며, 다중 제트 및 벡터 보손 생성에 대한 완전한 NNLO 결과 도달에 진전이 있었다.
• pySecDec 및 SecDec-3.0의 사용이 다중 스케일 이중 루프 적분의 강력한 수치 평가를 가능하게 하여, 힉스 및 토퍼 쿼크 물리학의 현상학적 응용을 뒷받침하였다.