[论文解读] Two-loop corrections to W and Z boson production at high pT

Nikolaos Kidonakis, Gonsalves, Richard J.|arXiv (Cornell University)|Sep 13, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 8被引用 4

一句话总结

本文针对高横动量下W及Z玻色子产生过程，给出了完整的两圈软胶球修正，采用下一阶近似（NNLO）修正的解析表达式。关键贡献在于利用新的两圈软异常维数结果，完全确定了NNLO 𝒟₀(s₄)项，显著提升了LHC与Tevatron上W玻色子横动量分布的理论精度。

ABSTRACT

We present new results for the complete two-loop corrections in the soft approximation for W and Z boson production at large transverse momentum. Analytical expressions for the NNLO approximate corrections are used to calculate transverse momentum distributions. Results for the W boson pT distribution at Tevatron and LHC energies are presented.

研究动机与目标

• 通过计算完整的两圈软胶球修正，提升高横动量下W与Z玻色子产生过程的理论预测精度。
• 利用新的两圈软异常维数结果，完全确定此前仅近似处理的NNLO 𝒟₀(s₄)项。
• 为Tevatron与LHC上的W玻色子提供包含高阶修正的精确横动量分布。
• 通过引入NNLO软胶球修正，降低W与Z玻色子产生过程中的理论不确定性。
• 使高pT下与CDF、D0及ATLAS实验数据的比较更加精确。

提出的方法

• 采用软-胶子有效理论（SCET）与矩空间因子化方法，对所有阶数的软胶球对数进行重求和。
• 通过qg→Wq与q q̄→Wg过程的两圈费曼图紫外极点，计算两圈软异常维数Γ_S^(2)。
• 利用新获得的Γ_S^(2)结果，完全确定了此前仅近似处理的NNLO 𝒟₀(s₄)项。
• 通过匹配方法，将NLO精确修正与NNLO重求和修正相结合，获得近似NNLO横动量分布。
• 在矩空间中应用重求和截面，实现胶子与软胶球贡献的指数化。
• 数值结果采用MSTW2008 NNLO部分子分布函数，并设定μ_F = μ_R = p_T。

实验结果

研究问题

• RQ1 高pT下W与Z玻色子产生过程的NNLO软胶球修正的完整形式是什么？
• RQ2 两圈软异常维数Γ_S^(2)如何贡献于NNLO 𝒟₀(s₄)项的确定？
• RQ3 新确定的NNLO 𝒟₀(s₄)项对W玻色子横动量分布有何影响？
• RQ4 与LO及NLO相比，NNLO修正在Tevatron与LHC上W玻色子产生过程中的重要性如何？
• RQ5 高阶修正在多大程度上降低了高pT下W与Z玻色子产生过程的理论不确定性？

主要发现

• 利用新的两圈软异常维数结果，已完全确定W玻色子产生过程中NNLO 𝒟₀(s₄)项。
• W玻色子横动量分布的NLO修正较大，并在Tevatron与LHC能量下显著降低了尺度依赖性。
• NNLO近似修正显著，尤其在LHC上更为明显，进一步降低了横动量谱中的尺度依赖性。
• 在14 TeV LHC能量下，NNLO修正使横动量分布更加平坦且稳定，相较于LO与NLO结果。
• 完整两圈修正的引入显著提升了理论精度，对于与ATLAS与CDF实验数据的精确比较至关重要。
• 结果表明，软胶球修正在部分子阈值附近占主导地位，必须重求和至NNLL精度，才能获得可靠的预测。