[论文解读] Automated EW corrections with isolated photons: $t \bar t \gamma$, $t \bar t \gamma\gamma$ and $t \gamma j$ as case studies

Davide Pagani, Hua-Sheng Shao+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2021

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 110被引用 1

一句话总结

本论文首次实现了顶夸克对及单顶夸克与孤立光子（t¯tγ、t¯tγγ、tγj）产生过程的自动化完整NLO预测，通过将MadGraph5_aMC@NLO框架扩展至混合电弱重整化方案（光子使用α(0)，其他电弱相互作用使用Gμ或α(mZ)）。关键结果表明，截面和谱形的NLO电弱修正通常低于1%，在分布尾部仅有微小影响，表明这些过程中的电弱修正处于可控范围，且与朴素的幂次计数结果一致。

ABSTRACT

In this work we compute for the first time the so-called Complete-NLO predictions for top-quark pair hadroproduction in association with at least one isolated photon ($t \overline{t} γ$). We also compute NLO QCD+EW predictions for the similar case with at least two isolated photons ($t \overline{t} γγ$) and for single-top hadroproduction in association with at least one isolated photon. In addition, we complement our results with NLO QCD+EW predictions of the hadronic and leptonic decays of top-quark including an isolated photon. All these results have been obtained in a completely automated approach, by extending the capabilities of the MadGraph5_aMC@NLO framework and enabling the Complete-NLO predictions for processes with isolated photons in the final state. We discuss the technical details of the implementation, which involves a mixed EW renormalisation scheme for such processes.

研究动机与目标

• 为最终态包含孤立光子的过程实现MadGraph5_aMC@NLO框架中自动化NLO QCD与电弱修正，解决长期存在的技术限制。
• 精确计算顶夸克对及单顶夸克在强子对撞中产生一个或多个孤立光子的理论预测。
• 评估这些过程中NLO电弱修正的大小与结构，尤其与QCD不确定度及幂次计数估计（α与αs）进行比较。
• 通过截面、分布及顶夸克电荷不对称性的详细比较，验证新实现的正确性。

提出的方法

• 扩展MadGraph5_aMC@NLO框架，支持包含孤立光子最终态的完整NLO计算。
• 实现混合电弱重整化方案：孤立光子使用α(0)，其他电弱相互作用使用Gμ或α(mZ)。
• 基于圆锥算法的隔离标准定义孤立光子，确保与实验探测器定义兼容。
• 执行自动化的单圈 amplitude 计算，完整包含树幅与单圈图之间的干涉。
• 对费米子自能与Z玻色子传播子采用Gμ方案，而对光子自能及涉及孤立光子的顶点修正则使用α(0)。
• 通过比较O(α)修正中αGμ与α(0)的数值差异，解决了α选择中的数值细微问题，发现实际影响可忽略。

实验结果

研究问题

• RQ1 在包含孤立光子的t¯tγ、t¯tγγ与tγj产生过程中，NLO电弱修正的大小与结构如何？
• RQ2 NLO电弱修正与QCD不确定度及朴素幂次计数估计（α与αs）相比如何？
• RQ3 电弱修正在动量分布中，特别是在能量谱尾部的影响程度如何？
• RQ4 在O(α)修正中，α的重整化方案选择（αGμ或α(0)）对结果的影响有多大？
• RQ5 NLO电弱修正对t¯tγ与t¯tγγ末态中顶夸克电荷不对称性AC的影响是什么？

主要发现

• t¯tγ、t¯tγγ与tγj的总截面的NLO电弱修正通常在QCD不确定度范围内，一般低于1%。
• 在tγj产生过程中，NLO电弱修正在分布尾部变得显著，其量级与QCD不确定度相当。
• 顶夸克衰变模式t → bjjγ与t → bℓ+νℓγ的NLO电弱修正可忽略不计，低于Leading-Order预测的1%。
• 顶夸克电荷不对称性AC显著受到NLO QCD与NLO电弱修正的影响，同时也受次主导NLO阶效应调制，表明QCD与电弱效应之间存在非平凡的相互作用。
• 在O(α)修正中，α的选取（αGμ或α(0)）对数值结果影响可忽略，验证了在自动化框架中使用α(0)的合理性。
• 混合重整化方案（光子使用α(0)，其他电弱部分使用Gμ/α(mZ)）在技术上可行，实现了孤立光子末态的完全自动化完整NLO预测。