[論文レビュー] QCD calculations for the LHC: status and prospects

Gudrun Heinrich|arXiv (Cornell University)|Oct 13, 2017

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 68被引用数 10

ひとこと要約

この論文は、LHCにおける高精度なQCD計算をレビューし、次に次に高次の(NNLO)補正および多部分子振幅における赤外特異性を扱うための先進的技法に焦点を当てる。2ループ振幅計算における主な進展を提示し、セクタ改良残留項およびアンテナ減算法の使用を含む。ヒッグス粒子対生成における全頂クォーク質量依存性を有するNLOおよびNNLO予測を報告し、LHCにおける新しい物理探索のための精度物理学を可能にする。

ABSTRACT

We briefly review the status of high precision QCD predictions available for LHC processes, focusing on corrections beyond NLO and ways to make the latter available in a convenient format. As a phenomenological example we discuss the two-loop corrections to Higgs boson pair production in gluon fusion.

研究の動機と目的

• LHCプロセスにおける次に次に高次の(NLO)を超える高精度なQCD予測の現状を評価すること。
• 特に二重実放射の赤外特異性の分離に起因するNNLO QCD補正の計算におけるボトルネックを特定し、それらを解決すること。
• 全頂クォーク質量効果と高度な減算スキームを組み合わせることで、ヒッグス粒子対生成などの主要なLHCプロセスの正確な予測を可能にすること。
• 次世代の標準模型予測における精度を達成するために不可欠な理論的ツールと計算手法の包括的概要を提供すること。

提案手法

• NNLO二重実放射振幅における赤外発散を分離するためにアンテナ減算およびqT減算法を用いる。
• トプクォーク対生成のような複雑なマルチスケール振幅を処理するため、セクタ改良残留項減算およびボーンへの射影技術を適用する。
• SecDecおよびpySecDecを用いた多スケール積分の数値評価を含む、2ループ積分の数値的および解析的技法を用いる。
• POWHEG法を用いてNLO QCD予測とパートオンシャワーを一致させ、正確な微分分布を保証する。
• 2ループ虚仮想振幅および実放射振幅を通じて、ヒッグス粒子対生成における全頂クォーク質量依存性を組み込む。
• 有効場理論およびソフト・コラinear有効理論の知見を用いて減算スキームを導き、赤外構造の取り扱いを改善する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LHCプロセスにおけるNNLO QCD補正の計算における現在の制限、特に二重実放射における赤外特異性の取り扱いに関しては何か。
• RQ2 アンテナ減算、qT減算、Nジェットネスなどの異なる減算法は、NNLOにおける二重実放射の取り扱いにおいて、どのように比較されるか。
• RQ3 ヒッグス粒子対生成における全頂クォーク質量依存性は、NLOおよびNNLOにおけるグルーオン融合過程にどのような影響を与えるか。
• RQ4 質量のあるおよび非オフシェルの粒子を含む2ループ振幅は、ヒッグスおよびベクトルボソン生成の精度予測にどのように寄与するか。
• RQ5 2ループ五点およびスピン状態振幅の計算における主な課題は何か。それらはどのように解決されつつあるか。

主な発見

• アンテナ減算およびqT減算法などの減算法の開発により、色なし最終状態および最大1本のジェットを伴うプロセスについて、初の完全微分的NNLO予測が可能になった。
• セクタ改良残留項減算法を用いて、NNLOにおけるトプクォーク対生成が成功裏に計算され、複雑なプロセスにおけるこの手法の実用性が実証された。
• ヒッグス粒子対生成における全頂クォーク質量依存性がNLOで実装され、重いトップクォーク近似と比較して顕著な補正が得られた。
• グルーオン融合におけるヒッグス粒子対生成のNLO補正には、楕円積分を含む新しい関数クラスを有する2ループ虚仮想振幅が関与しており、数学的複雑性の増加が示された。
• 平面型2ループ五点積分およびスピン状態振幅が計算され、マルチジェットおよびベクトルボソン生成の完全NNLO結果への進展が可能になった。
• pySecDecおよびSecDec-3.0の使用により、多スケール2ループ積分の堅牢な数値評価が可能となり、ヒッグスおよびトプクォーク物理学における現象的応用を支援した。