[論文レビュー] Electroweak Corrections at High Energies

Kalanand Mishra, Barzè, Luca+13 more|arXiv (Cornell University)|Aug 6, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 11

ひとこと要約

この論文は、LHCおよび将来のコライダー（8、14、33、100 TeV）における高エネルギー陽子-陽子衝突における電弱（EW）補正を評価し、主な過程（ジジェット対、全断面積W/Z、W/Z+ジェット、WW生成）に注目する。全断面積補正は依然として小さいが、スダコフ対数が高運動量および高インバリアント質量尾部に顕著なEW補正（最大10–20％）を引き起こし、高エネルギー域における運動的領域の拡大と、標準模型を超える精度物理への感受性から、実験的に重要であることが示された。

ABSTRACT

We present a survey of the most abundant processes at the LHC for sensitivity to electroweak corrections at \sqrt{s} = 8, 14, 33, and 100 TeV proton-proton collision energies. The processes studied are pp -> dijet, inclusive W and Z, W/Z+jets, and WW. In each case we compare the experimental uncertainty in the highest kinematic regions of interest with the relative magnitude of electroweak corrections and fixed-order α_S calculations.

研究の動機と目的

• 中心系エネルギーの増加に伴い、主なLHC過程における電弱補正への感受性を評価すること。
• スダコフ対数による影響から、高運動的領域で電弱補正が実験的に有意義になるかどうかを特定すること。
• 高pTおよび高インバリアント質量領域における電弱補正の大きさを、実験的不確実性と比較すること。
• 高エネルギー域におけるベクトルボソン対生成における光子誘発過程および仮想・実際補正の役割を評価すること。
• 将来の高エネルギーコライダーにおける、主要な標準模型過程における精度電弱補正の重要性をベンチマークとして提供すること。

提案手法

• √s = 8、14、33、100 TeVにおけるジジェット対、全断面積W/Z、W/Z+ジェット、WW生成に対して、次-leading-order（NLO）電弱補正（仮想および実際補正を含む）を計算した。
• O(α_s α, α²)の仮想補正とO(α_s² α)の実際補正を含み、質量のあるW/Zボソン交換に起因するスダコフ対数に注目した。
• ジジェット対のインバリアント質量（M12）、ジェットの横方向運動量（kT）、W/ZボソンのpTにおける微分的分布を分析し、補正が顕著な領域を同定した。
• ATLASおよびCMSの8 TeV測定からの実験的不確実性と直接比較して、電弱補正の相対的大きさを評価した。
• 光子誘発寄与（γγ → WW）を別個に評価し、特に高エネルギー領域で分布に歪みをもたらす可能性があるかを検討した。
• 計算を33および100 TeVにまで拡張し、コライダーエネルギーの上昇に伴う補正の変化を予測した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高エネルギーpp衝突におけるどの運動的領域で、電弱補正が実験的不確実性と同等の大きさになるか？
• RQ2 質量のあるW/Zボソンに起因するスダコフ対数が、33および100 TeVにおけるジジェット対およびベクトルボソン生成の微分的分布にどのように影響するか？
• RQ3 高エネルギー域において、光子誘発過程がWW生成にどの程度寄与するか、また精度測定にどのように影響するか？
• RQ4 さまざまな標準模型過程において、中心系エネルギーの上昇に伴い電弱補正の相対的大きさはどのように変化するか？
• RQ5 現在のLHC測定は、すでに顕著な対数的補正が支配する「スダコフ領域」に到達しているか、あるいはその近辺にあるか？

主な発見

• √s = 8 TeVでは、ジジェット対およびW/Z生成の最高pTおよびインバリアント質量チャンネルで電弱補正が最大10–20％に達し、実験的不確実性と同等の大きさを示した。
• 14 TeVでも、ジジェット対およびW/Z+ジェット分布の尾部における電弱補正の大きさは顕著であり、スダコフ領域への感受性が確認された。
• 33および100 TeVでは、補正の大きさ自体に顕著な変化は見られないが、運動的領域の拡大に伴い、高pTおよび高M12領域における電弱補正の相対的大きさが増加した。
• 光子誘発寄与（γγ → WW）は、高エネルギー域（100 TeV）で抑制され、WW生成分布への影響が小さくなった。
• 全断面積補正は1％未満にとどまるが、高エネルギー尾部における微分的補正は、精度物理学および新物理探索に影響を及ぼすほど顕著である。
• 本研究は、WW、W/Z+ジェット、および高pT尾部における全断面積W/Z生成が、14 TeVですでにスダコフ領域にあり、33および100 TeVではさらに感受性が高まると結論づけた。