[论文解读] Jet cross sections and transverse momentum distributions with NNLOJET

T. Gehrmann, Xuan Chen+10 more|arXiv (Cornell University)|Jan 19, 2018

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 35被引用 16

一句话总结

本文利用NNLOJET框架，对喷注截面和横动量分布给出了近近邻次领头阶（NNLO）QCD修正，该框架通过胶子发射子减法方法处理红外奇异性。结果表明，理论不确定性显著降低，且与LHC实验数据的符合度明显提高，尤其在低质量与低快速度二喷注区域，验证了该框架在NNLO精度下进行全球部分子分布函数（PDF）与强耦合常数αs确定的精确性。

ABSTRACT

This talk discusses recent results for next-to-next-to-leading order (NNLO) QCD corrections to jet cross sections and transverse momentum distributions. The results are obtained in the NNLOJET code framework, which provides an implementation of the antenna subtraction method for the handling of infrared singular contributions at NNLO. We briefly describe the NNLOJET implementation, with particular emphasis on the construction of the real radiation phase space, which is tailored to ensure stability in all infrared sensitive regions.

研究动机与目标

• 为强子对撞中的喷注产生提供完全微分的NNLO QCD预测，以解决NLO计算的局限性。
• 通过引入更高阶QCD修正，降低喷注截面与横动量分布中的理论不确定性。
• 利用高精度NNLO数据，实现部分子分布函数（PDFs）与强耦合常数αs的精确全局拟合。
• 为对撞机理论物理中的NNLO计算开发稳健的计算基础设施，特别是针对多喷注过程。
• 通过与7 TeV时ATLAS二喷注数据的对比，验证NNLOJET框架，展示其对动量空间分布的改进描述能力。

提出的方法

• 在NNLOJET框架中实现胶子发射子减法方法，系统处理双实（RR）、实-虚（RV）和双虚（VV）贡献中的红外发散。
• 构建相空间生成器，生成旋转后的相空间点，以处理共线极限与三重共线极限中的角关联，确保在红外敏感区域的稳定性。
• 采用蒙特卡罗相空间积分与OpenMP并行化，以应对NNLO计算的高计算成本，特别是RR过程。
• 在统一的事件生成器框架中集成二阶矩阵元，涵盖2→2过程，包括Z+j、W+j、H+j、二喷注与三喷注产生。
• 应用尺度变化与电弱修正作为乘法因子，以评估理论不确定性并改善数据描述。
• 通过逐点收敛检验与文献中已知结果的基准测试，验证减法项的正确性。

实验结果

研究问题

• RQ1 与NLO预测相比，NNLO QCD修正如何改善二喷注不变质量与横动量分布的描述？
• RQ2 在LHC喷注产生中，NNLO修正在多大程度上减少了由尺度变化引起的理论不确定性？
• RQ3 NNLOJET能否准确建模NLO预测失效的低质量与低快速度区域的喷注动量行为？
• RQ4 包含NNLO修正对强耦合常数αs与部分子分布函数的全局确定有何影响？
• RQ5 NNLOJET中胶子发射子减法方法如何确保在所有红外极限（包括三重共线构型）下的数值稳定性？

主要发现

• NNLO修正显著降低了理论预测的尺度依赖性，图3中NNLO带的不确定性范围远窄于NLO带。
• NNLO预测在二喷注不变质量与快速度全范围内与ATLAS数据高度一致，尤其在NLO失效的低质量与低快速度区域显著改善了描述。
• 作为乘法因子应用的电弱修正，进一步提升了在高不变质量与中心快速度区域（|y*| < 0.5，mjj > 2 TeV）的数据符合度。
• NNLOJET框架实现了从H1深度非弹性散射数据中提取αs = 0.1157(20)exp(29)，结果与全局拟合一致但精度更高。
• 该框架支持2→2过程在NNLO下的计算，典型运行时间为80,000至250,000核心小时，主要由双实辐射贡献主导。
• 通过使用网格表参数化NNLO结果，实现了其在全局PDF拟合中的集成，标志着迈向全球分析中广泛应用的第一步。