[論文レビュー] On the excess in the inclusive $W^+W^- ightarrow l^+l^- u\bar u$ cross section

Pier Francesco Monni, Giulia Zanderighi|arXiv (Cornell University)|Oct 17, 2014

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 24被引用数 12

ひとこと要約

本稿は、ATLASが8 TeVで測定したLHCの包含的W⁺W⁻ → l⁺l⁻νν̄断面積における顕著な過剰を調査し、NLO QCD予測との乖離が新しい物理的効果によるものではなく、POWHEGモンテカルロ生成器による断面積の物理的領域から包含的位相空間への外挿が過剰に評価されていることによるものであることを示している。著者らは、物理的領域断面積とNLO予測との間に顕著な緊張は認めず、さらに高次の補正（NNLO/NNLL）が予測との一致を安定化させると予想される。

ABSTRACT

In this note we analyse the excess in the $W^+W^-$ inclusive cross section recently measured by the LHC experiments. We point out that in fact for the ATLAS fiducial cross sections there is no excess in the measurements compared to the NLO QCD predictions. We also argue that higher order effects to the fiducial cross section are small, and tend to cancel each other, hence the inclusion of NNLO and NNLL corrections will not modify this agreement significantly. We find that at 8 TeV a substantial part of the disagreement with the NLO prediction for the total cross section observed by ATLAS is due to the extrapolation carried out with POWHEG.

研究の動機と目的

• 8 TeVでATLASが測定した包含的W⁺W⁻断面積における顕著な2–2.5σの過剰を解明すること。
• 観測されたNLO QCD予測との緊張が新しい物理的効果によるものか、理論的・実験的不確実性によるものかを評価すること。
• 高次のQCD補正（NNLO、NNLL）およびパートンシャワー効果が物理的領域および包含的断面積に与える影響を評価すること。
• 特にジェット遮断効率に関して、POWHEG生成器による物理的領域から包含的位相空間への外挿の信頼性を調査すること。

提案手法

• MCFM 6.6を用い、MSTW2008nlo PDFとGμスケームパラメータを適用して、8 TeVにおけるATLASの物理的領域断面積とNLO QCD予測を比較する。
• µRおよびµFをM4l（レプトン対の不変質量）の周囲で2倍に変化させることでスケール不確実性を評価する。
• ジェット遮断効率の比較を通じて、POWHEG生成器が物理的領域から包含的断面積への外挿を過剰に評価している役割を分析する。
• 再スケーリング技術を用いてNNLOおよびNNLL補正を推定し、それらをNLO結果と比較して断面積比への影響を評価する。
• 222 GeVをZおよびヒッグス粒子に類似する系の中央値不変質量として含む、見直されたNNLL+NNLO研究に基づく更新された効率比を用いて、物理的領域断面積を再評価する。
• 改善された効率比を用いて物理的領域断面積を再計算し、結果の変化が最小限であることを確認することで一貫性のチェックを実施する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 8 TeVにおける包含的W⁺W⁻断面積の観測された2–2.5σの過剰は、新しい物理的効果によるものか、理論的・実験的アーティファクトによるものか？
• RQ2 ATLASが測定した物理的領域断面積は、NLO QCD予測と顕著な緊張を示しているか？
• RQ3 高次のQCD補正（NNLO、NNLL）は、物理的領域および包含的断面積にどの程度の影響を及ぼすか？
• RQ4 POWHEG生成器による物理的領域から包含的位相空間への外挿は、特にジェット遮断効率に関してどの程度正確か？
• RQ5 改善されたNNLO+NNLL効率比は、包含的断面積の乖離を解消できるか？

主な発見

• 測定された物理的領域断面積とNLO QCD予測との間に顕著な緊張はなく、1–σレベルでの一致が確認された。
• ATLASが報告した包含的断面積の乖離は、主にPOWHEG生成器による外挿の過剰評価に起因し、新しい物理的効果によるものではない。
• 高次のQCD補正（NNLOおよびNNLL）は予想されるほど小さく、互いに相殺され、NLO予測との一致が維持される。
• NNLO+NNLL補正は、物理的領域断面積が理論と良好に一致しているという結論を変えるものではない。
• 222 GeVを中央値不変質量として含む更新された効率比を用いて物理的領域断面積を再計算した結果、元の推定値とほとんど同一の結果が得られ、結果の頑健性が確認された。
• 本研究の結論として、観測された過剰は新しい物理的効果の兆候ではなく、POWHEGフレームワーク内での生成器依存の外挿効果に起因するものである。