[논문 리뷰] Second order QCD corrections to gluonic jet production at hadron colliders

James Currie, A. Gehrmann–De Ridder외 4명|arXiv (Cornell University)|2014. 07. 21.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 초기형 충돌기에서 글루온 디젯 생성에 대한 다음다음주역도(NNLO) QCD 보정의 첫 번째 수치 결과를 제시한다. 주로 NNLOJET 프레임워크를 사용하여 주요 색상($q\bar{q} \to gg$) 진동을 중심으로 다룬다. NNLO 보정은 NLO 대비 디젯 단면적을 16–27% 증가시키며, 척도 의존성이 뚜렷하고 LHC에서 전역 PDF 및 $\alpha_s$ 피팅의 정밀도 향상에 기여한다.

ABSTRACT

We report on the calculation of the next-to-next-to-leading order (NNLO) QCD corrections to the production of two gluonic jets at hadron colliders. In previous work, we discussed gluonic dijet production in the gluon-gluon channel. Here, for the first time, we update our numerical results to include the leading colour contribution to the production of two gluonic jets via quark-antiquark scattering.

연구 동기 및 목표

• 초기형 충돌기에서 $q\bar{q} \to gg$ 채널의 글루온 디젯 생성에 대해 다음다음주역도(NNLO) QCD 보정을 계산하기 위해.
• 이전의 $gg \to gg$ 채널에 대한 NNLO 결과를 고려하여, 고 $p_T$ 영역에서 지배적인 주요 색상 $q\bar{q} \to gg$ 진동을 포함시키기 위해.
• 포괄적이고 디젯 관측량에 대해 완전히 미분된 단면적을 NNLO에서 제공하여 LHC 데이터와의 정밀한 비교를 가능하게 하기 위해.
• 고차수 QCD 효과가 제트 생성에 미치는 영향의 크기를 정량화하여, $\alpha_s$ 및 PDF 결정에서 이론적 불확실성을 감소시키기 위해.
• 미래의 $qg$ 채널 및 전체 색상 $2\to 2$ 디젯 과정에 대한 NNLO 포함 기반을 마련하기 위해.

제안 방법

• NNLO에서의 가상 및 실제 복사 보정의 적외선 특이성을 다루기 위해 앤티나 빼기 방법을 사용하였다.
• 포괄적이고 디젯 관측량에 대해 완전히 미분된 단면적을 계산하기 위해 NNLOJET 파arton 수준 생성기를 사용하였다.
• 반- $k_T$ 제트 알고리즘($R=0.7$)과 표준 제트 선택 조건을 적용하였다: $p_T > 80$ GeV, $|y| < 4.4$, 그리고 디젯의 경우 $p_{T2} > 60$ GeV.
• 각 이벤트의 경우 요인화 및 재규격화 스케일을 $\mu = p_{T1}$ 로 동적으로 설정하여 스케일 의존성을 최소화하였다.
• $gg \to gg$ 및 $q\bar{q} \to gg$ 채널의 결과를 조합하였으며, 후자가 총 단면적에서 지배적이다.
• UV 및 IR 특이성을 다루기 위해 영역 분해 및 반복적 빼기 기법을 사용하여 위상공간에 대한 수치적 통합을 수행하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 LHC에서 디젯 생성의 $q\bar{q} \to gg$ 진동에 대한 NNLO QCD 보정의 크기는 얼마인가요?
• RQ2 NNLO 보정은 포함 제트의 횡방향 운동량 분포와 디젯의 상대 질량 스펙트럼에 어떤 영향을 미치나요?
• RQ3 $gg \to gg$ 채널에 비해 $q\bar{q} \to gg$ 채널이 총 디젯 단면적에 미치는 영향은 어떠한가요?
• RQ4 $p_T$, 빠르기, 디젯 질량에 따라 NNLO/NLO $k$-팩터는 어떻게 변화하나요?
• RQ5 NNLO 보정은 제트 데이터를 사용한 $\alpha_s$ 및 PDF 피팅에서 이론적 불확실성을 어느 정도 감소시키나요?

주요 결과

• 포괄적 제트 단면적의 NNLO/NLO $k$-팩터는 낮은 $p_T$ 에서 약 1.27, 높은 $p_T$ 에서는 1.16이며, 이는 NLO 대비 16–27% 증가를 의미한다.
• 단독으로 $q\bar{q} \to gg$ 채널을 고려할 경우, NNLO/NLO $k$-팩터는 약 1.05이며, 이는 5% 보정에 해당한다.
• $d^2\sigma/dp_T d|y|$ 의 이중 미분 $k$-팩터는 빠르기 영역에 걸쳐 상대적으로 평탄하며, $p_T$ 에 따라 16%에서 27% 사이의 보정이 이루어진다.
• 디젯 상대 질량 분포에서는 낮은 $m_{jj}$ 에서 NNLO/NLO $k$-팩터가 1.25로 나타나며, 중간 $m_{jj}$ 에서는 1.13으로 감소하고 고 $m_{jj}$ 에서는 1.20으로 증가한다.
• 다양한 빠르기 조각에서 보정이 일관되게 유지되며, 중심 및 전방 제트 영역에서의 NNLO 결과의 강건성을 보여준다.
• $gg \to gg$ 채널이 총 디젯 단면적에서 지배적이지만, $q\bar{q} \to gg$ 기여는 전체 색상 정확도 및 향후 전역 피팅에 필수적이다.