[論文レビュー] On the W&Y interpretation of high-energy Drell-Yan measurements.

Lorenzo Ricci, Riccardo Torre+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 29, 2020

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 56被引用数 8

ひとこと要約

本稿では、高エネルギーDrell-Yan測定における次-leading-order QCDおよび1ループ電弱補正を計算するための新規な解析的再重み付け手法を提示する。この手法により、パラメータスキャンを伴わず、新物理パラメータの効率的でグローバルな探索が可能になる。このアプローチは一貫したシャワーモデルイベントを生成し、LHCおよびHL-LHCにおける感度を評価する。結果として、コンposite Higgs系においてWおよびYパラメータのプローブが強化されることが確認された。

ABSTRACT

High-energy neutral and charged Drell--Yan differential cross-section measurements are powerful probes of quark-lepton contact interactions that produce growing-with-energy effects. This paper provides theoretical predictions of the new physics effects at the Next-to-Leading order in QCD and including one-loop EW corrections at the single-logarithm accuracy. The predictions are obtained from SM Monte Carlo simulations through analytic reweighting. This eliminates the need of performing a scan on the new physics parameter space, enabling the global exploration of all the relevant interactions. Furthermore, our strategy produces consistently showered events to be employed for a direct comparison of the new physics predictions with the data, or to validate the unfolding procedure than underlies the cross-section measurements. Two particularly relevant interactions, associated with the W and Y parameters of EW precision tests, are selected for illustration. Projections are presented for the sensitivity of the LHC and of the HL-LHC measurements. The impact on the sensitivity of several sources of uncertainties is quantified.

研究の動機と目的

• 高エネルギーDrell-Yan測定をクォーク-レプトン接触相互作用のプローブとして解釈する理論的枠組みを構築すること。
• 計算コストの高いスキャンを伴わず、新物理パラメータ空間のグローバルな探索を可能にすること。
• 実験データと直接比較可能な一貫したシャワーモデルモンテカルロイベントを生成すること。
• 特にWおよびYパラメータに関連する次元6オペレーターに対するLHCおよびHL-LHCの感受性を定量化すること。
• 理論的、パrametric、統計的不確実性が新物理の探査限界に与える影響を評価すること。

提案手法

• 標準模型モンテカルロイベントの解析的再重み付けを用いて、NLO QCDおよび単一および二重対数電弱補正を組み込む。
• 有効場理論から導かれる再重み付け要因を用い、現在の四フェルミオンオペレーターのウィルソン係数を符号化する。
• POWHEG法を用いて、一貫したQCDおよびQEDシャワーモデルのイベントを生成する。
• DsixToolsからのランニング結合定数補正およびβ関数を用いて再重み付け要因を計算する。
• 尤度フレームワーク内でのパrametricおよび理論的誤差伝播を用いて理論的不確実性を統合する。
• 位相空間のビン分割を用いた尤度に基づく統計的推論手法を用いて感度を予測する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NLO QCDおよび電弱補正は、新物理探索のためのDrell-Yan断面積予測にどのように効率的に組み込まれるか？
• RQ2 コンポジット・ヒッグスモデルにおけるWおよびYパラメータのプローブに関して、LHCおよびHL-LHCの感受性限界はどの程度か？
• RQ3 特にPDFや高次の補正からの理論的不確実性は、新物理感受性にどのように影響するか？
• RQ4 解析的再重み付けは、グローバルなEFTフィットのための完全なイベント生成スキャンに置き換え可能か？
• RQ5 電弱対数補正の影響は、高エネルギーでの探査限界にどのように及ぶか？

主な発見

• 本手法により、スキャンを伴わず新物理パラメータのグローバルな探索が可能となり、計算コストを削減しながらも精度を維持できる。
• 新物理寄与の理論的不確実性は無視できるほど小さいが、主な不確実性は特にPDFに起因するSM項に由来する。
• NNLO QCD補正が理論的不確実性を十分に制御可能であり、1ループ電弱補正は精度の観点で不可欠である。
• 2ループ電弱対数補正は、HL-LHCでも限界に与える影響がわずかであり、単一対数の精度で十分であることが示唆された。
• WおよびYパラメータの予測感度は、より高い統計的積分光度に伴い著しく向上し、3000 fb⁻¹までの積分光度で95% CLの探査限界が予測された。
• 本フレームワークは、グローバルEFTフィットや多変数断面積解析、特に角度分布に対して拡張可能である。