[論文レビュー] Matching NNLO to parton shower using N$^3$LL colour-singlet transverse momentum resummation in GENEVA

Simone Alioli, C. Bauer+7 more|arXiv (Cornell University)|Feb 16, 2021

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 7

ひとこと要約

この論文は、ニュートン・モンテカルロフレームワークを拡張し、NNLO QCD計算とパートンシャワーのマッチングに、色 singlet 系の横運動量（$q_\perp$）を解像度変数として導入することで、RadISH形式を用いたN$^3$LLの再結合を達成した。これにより、Drell-Yan過程における完全排他的でNNLO+PS精度の予測が可能となり、13 TeVでのLHCデータと良好な一致を示した。$q_\perp$は小スケールでSudakov的でないが、0ジェット解像度変数としての有効性を示した。

ABSTRACT

We extend the GENEVA Monte Carlo framework using the transverse momentum of a colour-singlet system as the resolution variable. This allows us to use next-to-next-to-next-to leading logarithm (N$^3$LL) resummation via the adish formalism to obtain precise predictions for any colour-singlet production process at the fully exclusive level. Thanks to the implementation of two different resolution variables within the GENEVA framework, we are able to assess the impact of such a choice on differential observables for the first time. As a first application we present predictions for Drell-Yan lepton pair production at next-to-next-to-leading order (NNLO) in QCD interfaced to a parton shower simulation that includes additional all-order radiative corrections. We provide fully showered and hadronised events using PYTHIA8, while retaining the NNLO QCD accuracy for observables which are inclusive over the additional radiation. We also show that it is possible to obtain a numerically good agreement between showered GENEVA predictions and the N$^3$LL resummation for the transverse momentum spectrum by choosing a more local recoil scheme. We compare our final predictions to LHC data at 13 TeV, finding good agreement across several distributions.

研究の動機と目的

• NNLO QCD計算とパートンシャワーのマッチングに、色 singlet 系の横運動量（$q_\perp$）を解像度変数として用いることで、Genevaモンテカルロフレームワークを拡張すること。
• 本番の$ q_\perp $と$ N $-ジェットネスを解像度変数として選ぶことで、最初に微分的観測量に与える影響を評価すること。
• RadISH形式を用いて$ q_\perp $のN$^3$LL再結合を実装し、排他的なイベント生成における高精度な予測を達成すること。
• Pythia8とインターフェースし、Drell-Yan生成において完全にシャワー化され、ハドロン化されたイベントをNNLO精度で生成すること。13 TeVでのLHCデータと比較した。

提案手法

• Genevaフレームワークにおいて、色 singlet 系の横運動量$ q_\perp $を0ジェット解像度変数として用い、従来の$ N $-ジェットネスへの依存を置き換えた。
• RadISH形式を用いて$ q_\perp $分布のN$^3$LL再結合を実行し、高精度な全オーダー補正を可能にした。
• 運動量変数$ \xi $, $ y $, $ \phi $を用いて、$ q_\perp $に基づく解像度とパートンシャワーの位相空間との間のマッピングを構築し、一貫性のある位相空間統合を確保した。
• $ q_\perp $とパートンシャワー変数$ \mathcal{T}_1 $, $ z $との間のヤコビアンを導出し、正確なイベント生成を可能にした。
• ハドロン系の中心系フレームにおける相対論的運動学を用いて、$ q_\perp $, $ \mathcal{T}_1 $, $ z $から色 singlet 系のインバリアント質量および4元運動量を再構築した。
• 固定オーダーのNNLO予測と再結合された$ q_\perp $分布を、Geneva手法を用いてパートンシャワーにマッチングし、IR有限かつ排他的なイベント生成を実現した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 小$ q_\perp $領域でSudakov的でない性質を示すにもかかわらず、$ q_\perp $がGenevaフレームワークにおける有効な0ジェット解像度変数として使用可能かどうか。
• RQ2 標準的な$ N $-ジェットネス変数と比較して、$ q_\perp $を解像度変数として選ぶと、微分的分布にどのような影響を与えるか。
• RQ3 $ q_\perp $のN$^3$LL再結合が、Drell-Yan生成におけるNNLO+PS予測の精度をどの程度向上させるか。
• RQ4 $ q_\perp $を解像度スケールとして用いることで、完全に排他的でハドロンレベルのイベントをNNLO精度で、シャワー効果を含めて生成できるか。

主な発見

• Genevaフレームワークは、色 singlet 系の$ q_\perp $を0ジェット解像度変数として効果的に実装し、N$^3$LL再結合による横運動量分布の高精度な再結合を達成した。
• $ q_\perp $に基づく手法により、Pythia8とインターフェースした完全に排他的でハドロン化されたイベントがNNLO+PS精度で生成され、同時に包含的観測量においてもNNLO精度を維持した。
• 小$ q_\perp $領域における微分断面積は$ d\sigma/dq_\perp \sim q_\perp $に比例し、ソフト/コリネアな発光よりもバランスの取れたハード放射が支配的であることに一致した。
• 13 TeVでのLHCデータと、複数のDrell-Yan分布において良好な一致を示し、本手法の妥当性を検証した。
• ベクトル的性質と小値における指数的抑制の欠如にもかかわらず、$ q_\perp $が解像度変数として効果的に使用可能であることを示した。