[논문 리뷰] Weak radiative corrections to dijet production at the LHC

Stefan Dittmaier, Alexander Huss외 1명|arXiv (Cornell University)|2013. 06. 26.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 4인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 LHC에서 이젯 생성에 대한 $\mathcal{O}(\alpha_s^2 \alpha)$ 차수의 약한 복사 수정을 계산하며, 고에너지에서 수르다코프 유형 로그 증폭을 중심으로 다룬다. $k_T$ 스펙트럼에서 수르다코프 영역이 支배하기 때문에, 횡방향 운동량 분포에서의 약한 수정은 진동수 분포보다 훨씬 크며, 고체적 수정은 $k_{T,1} = 1.5~\mathrm{TeV}$에서 $-6\%$에 이르며, 고체적 기여와 순환 기여 간의 상쇄로 인해 순수 수정은 약 $\sim -3\%$로 줄어든다.

ABSTRACT

We summarize the calculation of the weak corrections to dijet production at hadron colliders, comprising tree-level effects of O(α_sα,α^2) and loop corrections of O(α_s^2α). Although suppressed by the small value of the coupling constant α, the weak radiative corrections can become large in the high-energy domain due to the appearance of Sudakov-type and other high-energy logarithms. Generally the corrections to the transverse-momentum distributions are larger by approximately a factor of two compared to the corresponding reach in the invariant-mass distributions, because the invariant-mass distributions are not, unlike the k_T distributions, dominated by the Sudakov regime at high scales. The electroweak tree-level contributions are found to be of the same generic size as the loop corrections.

연구 동기 및 목표

• LHC에서 이젯 생성에 대한 이전에 계산되지 않은 전자약한 수정의 $\mathcal{O}(\alpha_s^2 \alpha)$ 차수를 계산하기 위해.
• 특히 횡방향 운동량 및 진동수 분포에서 고에너지 이젯 최종 상태에 대한 수르다코프 유형 로그의 영향을 평가하기 위해.
• 나이브 전기약한 기여와 약한 순환 수정 간의 상호작용, 특히 그 상쇄 효과를 정량화하기 위해.
• 미래 정밀 분석에서 QED 수정과 조합할 수 있는 게이지 불변이며 잘 정의된 전자약한 수정의 부분집합을 제공하기 위해.

제안 방법

• 계산은 고정 순서의 양성적 QCD 및 전자약한 프레임워크를 사용하며, 가상의 약한 보존 교환과 QCD 앰리튜드와의 간섭에서 기인한 $\mathcal{O}(\alpha_s^2 \alpha)$ 수정에 초점을 맞춘다.
• 게이지 불변성을 확보하기 위해 QCD $\mathcal{O}(\alpha_s^2)$ 앰리튜드와 약한 $\mathcal{O}(\alpha)$ 앰리튜드 간의 간섭을 통한 가상 수정을 계산한다.
• QED 기여를 제외하여 순수한 약한 수정을 분리함으로써, 향후 전체 전자약한 수정에 포함될 수 있는 잘 정의된 부분집합을 형성한다.
• 파트온 수준의 행렬 원소와 PDF를 사용하여 $\sqrt{s} = 14~\mathrm{TeV}$에서 이젯 진동수 질량 $M_{12}$와 주요 제트의 횡방향 운동량 $k_{T,1}$에 대한 미분 분포를 계산한다.
• 특히 $t$-채널과 $u$-채널 간섭이 $\mathcal{O}(\alpha_s \alpha)$ 항에서 차지하는 비중을 강조하기 위해, 쿼크-항항입자 및 글루온 기반 반응 채널의 기여를 구분한다.
• 위상공간과 특이점을 다루기 위해 몬테카를로 적분 방법을 사용하여 수치적 결과를 도출하였으며, $M_{12}$와 $k_{T,1}$에 대해 각각 6 테바론과 3 테바론까지 결과를 제시하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 LHC에서 이젯 생성에 대한 $\mathcal{O}(\alpha_s^2 \alpha)$ 차수의 약한 복사 수정은 고에너지 영역에서 얼마나 큰가?
• RQ2 왜 횡방향 운동량 분포에서의 약한 수정이 진동수 분포보다 더 크며?
• RQ3 전체 수정에서 나이브 전기약한 기여와 약한 순환 수정이 얼마나 상쇄되는가?
• RQ4 수르다코프 로그는 고-$k_T$ 영역에서 고-$M_{12}$ 영역보다 약한 수정을 얼마나 증폭시키는가?
• RQ5 쿼크 기반 및 글루온 기반 반응 채널은 약한 수정의 구조를 어떻게 형성하는가?

주요 결과

• 주요 제트의 횡방향 운동량이 $k_{T,1} = 1.5~\mathrm{TeV}$일 때 약한 순환 수정은 약 $-6\%$에 이르며, 이는 고-$k_T$ 이젯 최종 상태에서 상당한 전자약한 효과를 나타낸다.
• 횡방향 운동량 분포에서의 수정은 진동수 분포에서의 수정보다 약 두 배 크며, 이는 $k_T$ 스펙트럼에서 수르다코프 영역이 支배하기 때문이다.
• 나이브 전기약한 기여는 순환 수정과 크기와 반대 부호를 가지며, 이로 인해 총 수정에서 상당한 상쇄가 발생한다.
• $M_{12} = 2~\mathrm{TeV}$일 때 수정은 고-$k_{T,1}$ 영역보다 작으며, 이는 고-$M_{12}$ 尾영역이 수르다코프 영역이 아니라 레지오(앞서) 영역에 의해 지배되기 때문이다.
• $\sqrt{s} = 14~\mathrm{TeV}$일 때, $k_{T,1} = 3~\mathrm{TeV}$에서 순환 수정은 $-11\%$에 이르며, 이는 고에너지 영역을 더 깊이 탐색하고 있음을 반영한다.
• $t$-채널과 $u$-채널 다이어그램 간의 $\mathcal{O}(\alpha_s \alpha)$ 간섭 항이 특히 $k_{T,1}$의 중심 영역에서 나이브 전기약한 기여의 주요 원천이다.