[論文レビュー] Universality in W+Multijet Production

Zvi Bern, Lance J. Dixon+6 more|arXiv (Cornell University)|Jul 24, 2014

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 13被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、NLO QCD計算とジェット生成比を用いて、LHCにおけるW+6ジェット生成の全微分断面積および横断的ジェットエネルギー分布（$H_{\rm T}^{ m jets}$）を予測する新規手法を提示する。$n$-ジェット最終状態における$H_{\rm T}^{ m jets}$分布の比を、対数および位相空間抑制因子を含む関数的形にフィットさせることで、$n=6$への高精度な外挿が可能となり、$n \leq 5$の直接計算結果と照合された。この手法により、再計算を最小限に抑えつつ、将来的な解析に向けた効率的で再利用可能な$n$-タプルデータが得られる。

ABSTRACT

We study $W$-boson production accompanied by multiple jets at 7 TeV at the LHC. We study the jet-production ratio, of total cross sections for $W$+$n$- to $W$+($n-1$)-jet production, and the ratio of distributions in the total transverse hadronic jet energy $H_{ m T}^{ m jets}$. We use the ratios to extrapolate the total cross section, and the differential distribution in $H_{ m T}^{ m jets}$, to $W$+6-jet production. We use the BlackHat software library in conjunction with SHERPA to perform the computations.

研究の動機と目的

• LHCにおける高多重ジェットW+ジェット生成断面積および分布を予測するスケーラブルな手法の開発、特にW+6ジェットを対象とする。
• 異なるスケールおよびPDFに対して行列要素を再利用する$n$-タプル保存を用いて、完全な再計算を回避することで計算コストを低減する。
• $n$-ジェット最終状態における$H_{\rm T}^{\rm jets}$分布に共通するパターンを同定し、より高いジェット多重度への外挿を可能にする。
• 再利用可能で配布可能な$n$-タプルデータセットを提供し、実験的検証およびさらなる解析を最小限の再処理で実施可能にする。

提案手法

• 著者らは、BlackHatソフトウェアライブラリを用いて$W^{-}+n$-ジェット生成のNLO断面積および$H_{\rm T}^{\rm jets}$分布を$n=5$まで計算し、位相空間統合および減算にはSHERPAを用いた。
• 行列要素係数および位相空間設定を、タイプ（ボーン、仮想、実際、減算）ごとに分離してROOT $n$-タプルファイルに保存し、異なるスケール、PDF、運動学的選択肢に対しても再利用可能となった。
• 本手法は、連続するジェット多重度間の$H_{\rm T}^{\rm jets}$分布比を関数的形にフィットすることに依存する：$\frac{d\sigma^{W+n}}{dH_{\rm T}^{\rm jets}} \propto \ln^{\tau_n}\!\rho_n (1 - H_{\rm T}^{\rm jets}/H_{\rm T}^{\rm max})^{\gamma_n}$、ここで$\rho_n = H_{\rm T}^{\rm jets}/(n p_{\rm T}^{\rm min})$である。
• フィットパラメータ$\tau_n$および$\gamma_n$は$n=3$から$n=5$のデータから抽出され、$n=6$への外挿に用いられ、$H_{\rm T}^{\rm jets}$分布の予測がなされた。
• 正規化$N_n$は、比に基づく外挿により、推定された全断面積を既知のW+6ジェット断面積と一致させることで決定された。
• 予測された$W+6$ジェットの$H_{\rm T}^{\rm jets}$分布は、$n \leq 5$の直接NLO計算結果と照合され、良好な一致が確認された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 $n=3$から$n=5$の分布比を用いて、$H_{\rm T}^{\rm jets}$分布を$W+n$-ジェット生成の$n=6$に高精度で外挿可能か？
• RQ2 高多重ジェットW+ジェット過程の正確な予測を、完全な再計算なしに可能にする普遍的な関数的形は存在するか？
• RQ3 $n$-タプルデータ構造は、異なるスケールおよびPDFに対して、効率的で再利用可能かつ配布可能なNLO計算をどの程度可能にするか？
• RQ4 関数的形$\ln^{\tau_n}\!\rho_n (1 - H_{\rm T}^{\rm jets}/H_{\rm T}^{\rm max})^{\gamma_n}$は、$n=3$から$n=5$の間で$H_{\rm T}^{\rm jets}$比をどの程度よく記述するか？
• RQ5 $n=3$から$n=5$の結果と比に基づくフィッティングのみを用いて、W+6ジェット生成の全断面積を高精度に予測可能か？

主な発見

• W+6ジェット生成の$H_{\rm T}^{\rm jets}$分布は、$n=3$から$n=5$のジェットの$H_{\rm T}^{\rm jets}$分布比へのフィッティングにより、成功裏に予測された。
• 関数的形$\frac{d\sigma^{W+n}}{dH_{\rm T}^{\rm jets}} \propto \ln^{\tau_n}\!\rho_n (1 - H_{\rm T}^{\rm jets}/H_{\rm T}^{\rm max})^{\gamma_n}$は、比に対して優れたフィットを示し、$\tau_n$および$\gamma_n$が$n=3$から$n=5$にわたり線形的傾向を示すため、外挿が可能となった。
• W+6ジェットの予測された$H_{\rm T}^{\rm jets}$分布は、$n \leq 5$の直接NLO計算結果と良好に一致しており、外挿手法の妥当性が検証された。
• 同様の比に基づくアプローチを用いて、W+6ジェット生成の全断面積は高精度に予測され、フィットから得られた外挿値と一致した。
• $n$-タプルデータ構造により、効率的でスケーラブルかつ再利用可能なNLO計算が実現され、計算コストの低減が図られ、実験者が最小限の再処理でカスタム解析を実施できるようになった。
• 本手法はW+マルチジェット生成に普遍性を示し、より高い多重度の過程が、一貫した関数的形を用いて低多重度の結果から予測可能であることを示した。