[论文解读] NNLO+PS $W^+W^-$ production using jet veto resummation at NNLL$'$

Alessandro Gavardi, Matthew A. Lim+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2023

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 1

一句话总结

本论文首次提出了一款基于最硬喷注横动量（$p_J^{T}$）作为分辨变量的 $W^+W^-$ 产生过程的NNLO+PS事件生成器，通过Geneva方法将NNLL′喷注屏蔽重求和与SCET中的喷注屏蔽重求和相结合。该方法抑制了喷注屏蔽带来的大对数项，实现了对纯零喷注末态的精确模拟，并与ATLAS和CMS实验数据表现出良好一致性，标志着在LHC物理中实现NNLO精度与部分子喷注匹配的高精度蒙特卡罗模拟方面取得了关键进展。

ABSTRACT

We construct a novel event generator for the process $p \> p o \ell^- \> \bar{ u}_\ell \> \ell'^+ \> u_{\ell'}$, which matches fixed-order predictions at next-to-next-to-leading order in the strong coupling to a parton shower program. The matching is achieved using the GENEVA method, in this case exploiting a resummed calculation for the hardest jet transverse momentum at next-to-next-to-leading logarithmic accuracy obtained via soft-collinear effective theory and implemented in the C++ library SCETlib. This choice of resolution variable ensures that the introduction of a jet veto, commonly used by experimental analyses to reject multi-jet background events, does not result in the appearance of unmitigated large logarithms for low veto scales before showering. After validating our partonic results against publicly available fixed order and resummed calculations, we compare our predictions to measurements taken at the ATLAS and CMS experiments, finding good agreement. This is the first NNLO+PS accurate event generator to use the hardest jet transverse momentum as a resolution variable.

研究动机与目标

• 开发一种用于 $W^+W^-$ 产生的下一阶下一微分（NNLO）+ 部分子喷注（PS）事件生成器，以提升理论精度。
• 通过使用重求和的 $p_J^{T}$ 作为分辨变量，解决实验分析中喷注屏蔽导致的大对数项问题。
• 利用软-胶子有效理论（SCET）通过SCETlib库实现NNLL′精度的喷注屏蔽重求和。
• 将生成器与固定阶计算及重求和计算进行验证，并与ATLAS和CMS的实验测量结果进行比较。
• 展示在Geneva方法中使用 $p_J^{T}$ 作为分辨变量在NNLO+PS匹配中的可行性与优势，尤其适用于具有显著喷注屏蔽效应的过程。

提出的方法

• 采用Geneva方法将NNLO固定阶计算与部分子喷注匹配，使用最硬喷注横动量（$p_J^{T}$）作为分辨变量，以避免喷注屏蔽带来的未缓解对数项。
• 通过软-胶子有效理论（SCET）实现喷注屏蔽对数项的NNLL′重求和，使用C++库SCETlib实现，确保对低屏蔽尺度配置的高精度描述。
• 事件生成器采用 $p_J^{T}$-保持映射，将真实发射相空间映射到Born相空间，实现一致的重求和与喷注演化。
• 重新定义分裂函数核函数，以在使用 $p_J^{T}$ 作为分辨变量时正确再现软和胶子极限，确保喷注过程的物理一致性。
• 通过Geneva形式化方法实现与部分子喷注的匹配，利用尺度变化估算配置尺度与理论不确定性。
• 生成器已与公开的固定阶和重求和计算（如MCFM）进行验证，并与ATLAS和CMS的实验数据进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否在NNLO+PS匹配中使用 $p_J^{T}$ 作为稳定且精确的分辨变量，以避免喷注屏蔽带来的大对数修正？
• RQ2 在 $p_J^{T}$ 中对喷注屏蔽对数项进行NNLL′重求和，相较于固定阶或低阶对数重求和，如何提升对纯 $W^+W^-$ 截面的描述精度？
• RQ3 分辨变量的选择在多大程度上影响 $W^+W^-$ 产生的NNLO+PS预测，特别是在喷注屏蔽条件下？
• RQ4 与以往的NNLO+PS生成器相比，该新生成器是否能更准确地重现ATLAS和CMS的实验测量结果？
• RQ5 Geneva方法能否成功扩展至在完全排他性、高多重性的事件生成框架中，实现基于 $p_J^{T}$ 的NNLL′精度重求和？

主要发现

• 新生成器与ATLAS和CMS对 $W^+W^-$ 产生的测量结果表现出良好一致性，验证了其在NNLO+PS精度下的预测能力。
• 在基于 $p_J^{T}$ 的形式化中引入NNLL′喷注屏蔽重求和，显著改善了低屏蔽尺度区域的描述，降低了理论不确定性。
• 通过使用 $p_J^{T}$ 作为分辨变量，生成器成功避免了未缓解的大对数项，确保了在喷注屏蔽存在下的微扰稳定性。
• 通过实现 $p_J^{T}$-保持映射与修改后的分裂函数，确保了喷注中软和胶子极限的正确性，维持了物理一致性。
• 这是首个在NNLL′精度下使用 $p_J^{T}$ 作为分辨变量的NNLO+PS生成器，为 $W^+W^-$ 物理中的高精度模拟设立了新基准。
• 结果表明，分辨变量的选择对预测具有可测量的影响，而 $p_J^{T}$ 为喷注屏蔽过程提供了更稳健、更精确的替代方案。