[논문 리뷰] Pair Production of Leptoquarks at the LHC to NLO+PS Accuracy

Tanumoy Mandal, Subhadip Mitra외 1명|arXiv (Cornell University)|2015. 06. 24.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 29인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 LHC에서 첫 번째 세대 스칼라 렙토쿼크 쌍 생성에 대해 MC@NLO 형식론을 사용하여 파트론 쇼워와 매칭된 다음차수 보정 QCD 계산을 제시한다. 전자-전자-주르 및 전자-뉴트리노-주르 최종 상태에 대한 운동량 분포와 총단면을 평가하며, 파트론 쇼워의 영향을 분석하고 14 TeV에서 정밀한 K인자와 불확도를 제공한다.

ABSTRACT

We present the next-to-leading order results in QCD of the first generation scalar leptoquark pair production process at the LHC, matched to Pythia parton shower using the MC@NLO formalism. We consider the leading order decay of leptoquark to a lepton and a jet and study the effect of parton shower on the eejj and eνjj final states mimicking the strategy of the recent CMS leptoquark searches. For demonstration, we display the kinametical distributions of a selection of observables along with their scale and PDF uncertainties for the 14 TeV LHC. We also present pair production cross sections and K-factors using massless five-quark flavour scheme for the present and future LHC runs.

연구 동기 및 목표

• MC@NLO 형식론을 사용하여 LHC에서 스칼라 렙토쿼크 쌍 생성에 대한 다음차수 보정 QCD 보정을 계산하기.
• CMS 검색에 관련된 핵심 최종 상태인 eejj 및 eνjj에서의 파트론 쇼워 효과의 영향을 연구하기.
• 현재 및 향후 LHC 런에 대비하여 질량이 없는 다섯 쿼크 플레이버 스킴을 사용하여 정확한 총단면과 K인자를 제공하기.
• 베이치마크 신호 과정에 대한 운동량 분포에서 척도 및 PDF 불확도를 정량화하기.
• 최근 CMS 분석 전략을 따르는 실험적 검색을 지원하기 위해 정밀도 예측을 제공하기.

제안 방법

• 다음차수 보정 QCD 계산을 파트론 쇼워 시뮬레이션과 매칭하기 위해 MC@NLO 형식론을 활용하기.
• 쌍 생성 총단면과 K인자를 계산하기 위해 질량이 없는 다섯 쿼크 플레이버 스킴을 사용하기.
• 최종 상태 분석에서 렙토쿼크의 최초 붕괴를 렙톤과 주르로 포함하기.
• CMS 실험의 운동량 선택 전략을 반영하기 위해 eejj 및 eνjj 최종 상태를 시뮬레이션하기.
• 모든 운동량 분포와 총단면 예측에 척도 및 PDF 불확도 추정을 적용하기.
• 14 TeV 중심질량 에너지에서 관측량인 인variant 질량과 횡방향 운동량의 세부적인 분포를 생성하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 NLO QCD 보정과 파트론 쇼워 효과는 eejj 및 eνjj 최종 상태에서 렙토쿼크 쌍 생성의 운동량 분포에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 14 TeV에서 질량이 없는 다섯 플레이버 스킴에서 렙토쿼크 쌍 생성에 대한 K인자는 무엇인가?
• RQ3 척도 및 PDF 불확도는 예측된 총단면과 최종 상태 관측량에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ4 파트론 쇼워 효과는 고차수 예측과 비교해 운동량 분포의 형태를 어느 정도 변화시키는가?
• RQ5 최근 CMS 렙토쿼크 검색에서 사용된 분석 전략과 결과는 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• NLO QCD 보정의 포함은 eejj 및 eνjj 최종 상태 모두에서 운동량 분포의 형태와 정규화에 상당한 영향을 미친다.
• 파트론 쇼워 효과는 특히 고다중도 영역에서 주르와 렙톤의 횡방향 운동량 스펙트럼에 상당한 변화를 초래한다.
• 쌍 생성 총단면에 대한 K인자는 1을 초과하며, 렙토쿼크 질량에 대해 중간 정도의 의존성을 보이며, 조사된 질량 범위에서 약 1.1에서 1.3의 범위를 가진다.
• NLO+PS 수준에서 척도 불확도는 최초 차수 예측보다 감소하지만, PDF 불확도는 이론적 오차의 주요 원인로 남아 있다.
• 질량이 없는 다섯 플레이버 스킴은 14 TeV에서 총단면과 K인자를 계산하는 데 일관되고 신뢰할 수 있는 프레임워크를 제공한다.
• 이 연구는 파트론 쇼워 매칭이 고주르 활동 영역에서 실험 분석에 대한 예측의 신뢰성을 향상시킨다는 것을 확인한다.