[論文レビュー] RG-improved Prediction for 750 GeV Resonance Production at the LHC

Xiaohui Liu, Hong Zhang|arXiv (Cornell University)|Mar 23, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 9

ひとこと要約

本稿では、LHCにおける750 GeV共鳴状態生成のための、重ね合わせ群（RG）補正予測を提示している。軟・衝突効果的場理論（SCET）を用いて、次に次に至る対数（NNLL）精度まで、しきい値増強QCD補正を再結合している。13–14 TeVでK要因は1.56、8 TeVで1.63となり、一部の分布関数とπ²増強項による大きなしきい値効果のため、ローレンツ的予測が顕著に向上している。

ABSTRACT

We present a renormalization-group (RG) improved prediction for $750$ GeV heavy state production recently seen as the diphoton excess at the LHC. Due to the universality of QCD feature in the threshold region, our result provides reasonable estimate of the K-factor for most existing leading order predictions, independent of the specific nature of the resonance. We consider specifically the spin-$2$ warped Kaluza-Klein graviton model to highlight our calculation. We performed soft gluon resummation near threshold at next-to-next-to-leading logarithmic (NNLL) accuracy together with resumming enhanced corrections from a towers of $π^2$ due to analytic continuation. We find the resummation effects are significant. When matching our resummed result to next-to-leading order calculation, we find our improved predictions exceed the leading fixed-order results by about $56\%$ ($K=1.56$) for the LHC energies at 13 TeV and 14 TeV, and about $63\%$ ($K=1.63$) for 8 TeV.

研究の動機と目的

• 750 GeV共鳴状態生成に及ぼす高次のQCD補正、特にパートオンのしきい値に近い部分的エネルギーでの効果を解消する。
• 軟・衝突効果的場理論（SCET）を用いて、モデルに依存しないRG補正予測を、750 GeV共鳴状態生成のK要因に対して提供する。
• 軟グルーオン再結合とπ²増強項の影響が、スピン-2のワーブドカルーラー＝キリング重力子の生成断面積に与える影響を定量化する。
• 特定のモデル詳細に依存しない、スピン-0またはスピン-2の共鳴状態に近い750 GeVの共鳴状態に適用可能な、高次の補正の信頼性の高い推定値を提供する。
• NNLL再結合結果を次に次に至るオーダー（NLO）計算と一致させ、共鳴状態探索における理論的精度を向上させる。

提案手法

• 部分的中心エネルギーが共鳴質量に近い領域におけるしきい値増強QCD補正を体系的に再結合するために、軟・衝突効果的場理論（SCET）を用いた。
• 複素平面における解析接続を用いて、軟グルーオン放出とπ²増強項の次に次に至る対数（NNLL）再結合を実行した。
• 硬、軟、衝突関数の重ね合わせ群（RG）発展を用いて、しきい値変数z = m²₁/ŝの大きな対数を再結合した。
• 発展関数S(μf, μi)、AΓ(μf, μi)および硬、軟、鋸関数の異常次元γH、γs、Γを用いて、再結合断面積を計算した。
• 一貫した因子化スキームを用いて、再結合結果を次に次に至るオーダー（NLO）計算と一致させ、あらゆるスケールで正確性を保証した。
• スピン-2のワーブドカルーラー＝キリング重力子モデルにこのフレームワークを適用し、SMのストレステンソルとスケールΛを含む有効ラグランジアンによって相互作用を記述した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 しきい値効果に起因する高次のQCD補正は、LHCにおける750 GeV共鳴状態生成断面積にどの程度顕著な影響を及ぼすか？
• RQ2 軟グルーオン再結合とπ²増強項は、750 GeV共鳴状態生成のローレンツ的予測をどの程度変化させるか？
• RQ3 NNLL再結合を適用した場合の750 GeV共鳴状態生成のK要因は何か？また、固定オーダー結果と比較するとどうなるか？
• RQ4 RG補正予測は、特定の結合構造に依存しないスピン-0またはスピン-2の共鳴状態に一般化可能か？
• RQ5 再結合補正は、13 TeVおよび8 TeVで観測された二光子過剰に及ぼす理論的不確実性と解釈にどのような影響を与えるか？

主な発見

• NNLL再結合予測では、13–14 TeV LHCエネルギーでローレンツ的断面積が約56%増加し、K要因は1.56に達する。
• 8 TeVでは、部分的中心エネルギーが低いことによるより強いしきい値効果のため、再結合結果はLO予測を約63%上回り、K要因は1.63に達する。
• 再結合効果は顕著であり、主に軟グルーオン放出とπ²増強項に起因し、複素平面における解析接続によって捉えられている。
• K要因はスピン-0およびスピン-2の共鳴状態に共通であり、標準模型を越える多くのモデルに適用可能である。
• RG補正予測は高次の補正の信頼性の高い推定値を提供し、理論的不確実性を低減し、共鳴状態結合定数の制約を改善する。
• NLO計算との一致により、結果の整合性と信頼性が確認され、摂動的順序全体にわたって一貫性があることが裏付けられた。