[논문 리뷰] Two-loop corrections to W and Z boson production at high pT

Nikolaos Kidonakis, Gonsalves, Richard J.|arXiv (Cornell University)|2011. 09. 13.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 8인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 고역동량에서 W 및 Z 보손 생성에 대한 완전한 두 루프 소프트-글루온 보정을 제시하며, 다음번 다음 최고차수(NNLO) 근사 보정을 위한 해석적 표현을 사용한다. 주요 기여는 새로운 두 루프 소프트 이물도 수치 결과를 통해 NNLO 𝒟₀(s₄) 항을 완전히 결정한 것으로, LHC와 테바트론에서 W 보손의 pT 분포에 있어 이론적 정확도를 크게 향상시켰다.

ABSTRACT

We present new results for the complete two-loop corrections in the soft approximation for W and Z boson production at large transverse momentum. Analytical expressions for the NNLO approximate corrections are used to calculate transverse momentum distributions. Results for the W boson pT distribution at Tevatron and LHC energies are presented.

연구 동기 및 목표

• 완전한 두 루프 소프트-글루온 보정을 계산하여 고역동량에서 W 및 Z 보손 생성에 대한 이론적 예측을 향상시키기 위해.
• 새로운 두 루프 소프트 이물도 수치 결과를 사용하여 이전에는 근사적으로만 다뤄진 NNLO 𝒟₀(s₄) 항을 정확히 결정하기 위해.
• 테바트론과 LHC에서 W 보손의 정확한 횡운동량 분포를 제공하기 위해, 고차수 보정을 포함하여.
• NNLO 소프트-글루온 보정을 포함시켜 W 및 Z 보손 생성의 이론적 불확실성을 줄이기 위해.
• 고역동량에서 CDF, D0, ATLAS의 실험 데이터와 더 정밀하게 비교할 수 있도록 하기 위해.

제안 방법

• 모든 순서에서 소프트-글루온 로그를 재결합하기 위해 소프트-콜린어런트 효과 이론(SCET)과 모멘트 공간 분해를 사용하였다.
• qg→Wq 및 q q̄→Wg 반응에 대한 두 루프 이클론 다이어그램의 UV 극에서 두 루프 소프트 이물도 수치 Γ_S^(2)를 계산하였다.
• 새로운 Γ_S^(2) 결과를 사용하여 이전에는 근사적으로만 다뤄졌던 NNLO 𝒟₀(s₄) 항을 완전히 결정하였다.
• NLO 정확한 보정과 NNLO 재결합 보정을 매칭하여 근사적인 NNLO pT 분포를 도출하였다.
• 모멘트 공간에서 재결합된 단면적을 적용하였으며, 콜린어런트 및 소프트 기여를 지수함수화하였다.
• 수치 결과를 위해 MSTW2008 NNLO 파arton 분포 함수를 사용하였고, μ_F = μ_R = p_T로 설정하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고역동량에서 W 및 Z 보손 생성에 대한 NNLO 소프트-글루온 보정의 완전한 형태는 무엇인가?
• RQ2 두 루프 소프트 이물도 수치 Γ_S^(2)는 NNLO 𝒟₀(s₄) 항의 결정에 어떻게 기여하는가?
• RQ3 최근에 결정된 NNLO 𝒟₀(s₄) 항은 W 보손의 횡운동량 분포에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 Tevatron와 LHC에서 W 보손 생성에 대해 NNLO 보정은 LO 및 NLO에 비해 얼마나 중요한가?
• RQ5 고차수 보정은 고pT에서 W 및 Z 보손 생성의 이론적 불확실성을 어느 정도 감소시키는가?

주요 결과

• W 보손 생성에서 NNLO 𝒟₀(s₄) 항은 새로운 두 루프 소프트 이물도 수치 결과를 통해 완전히 결정되었다.
• W 보손의 pT 분포에 대한 NLO 보정은 크며, 테바트론 및 LHC 에너지에서 스케일 의존성을 크게 감소시켰다.
• NNLO 근사 보정은 특히 LHC에서 상당히 크며, pT 스펙트럼의 스케일 의존성을 추가로 감소시켰다.
• 14 TeV LHC 에너지에서 NNLO 보정은 LO 및 NLO에 비해 더 평탄하고 안정된 pT 분포를 이끌어냈다.
• 완전한 두 루프 보정을 포함시킴으로써 이론적 정확도가 향상되었으며, ATLAS 및 CDF의 실험 데이터와의 정밀한 비교에 필수적이다.
• 결과는 소프트-글루온 보정이 부분론적 임계점 근처에서 지배적이며, 신뢰할 수 있는 예측을 위해 NNLL 정도로 재결합되어야 한다고 보여주었다.