[論文レビュー] VBFNLO: A parton level Monte Carlo for processes with electroweak bosons -- Manual for Version 3.0

Julien Baglio, F. Campanario+12 more|arXiv (Cornell University)|Jul 20, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 105被引用数 106

ひとこと要約

VBFNLO バージョン 2.7.0 は、次-leading order (NLO) QCD における電弱ボソンを含む高エネルギーはねる反応のパートンレベルモンテカルロ生成器であり、ベクトルボソン融合、二ボソン、三ボソン、ヒッグスボソンのジェットを伴う生成における正確なシミュレーションを可能にする。このバージョンでは、異常なゲージ結合、半レプトン性崩壊、および $W\gamma jj$、$HHjj$、スピン-2共鳴状態といった新しい過程への対応を拡張し、NLO における $H\to b\bar{b}$、$WW$、$ZZ$ の崩壊を完全にサポートする。

ABSTRACT

VBFNLO is a flexible parton level Monte Carlo program for the simulation of vector boson fusion (VBF), QCD-induced single and double vector boson production plus two jets, and double and triple vector boson production (plus jet) in hadronic collisions at next-to-leading order (NLO) in the strong coupling constant, as well as Higgs boson plus two jet production via gluon fusion at the one-loop level. For the new version -- Version 3.0 -- several major enhancements have been included. An interface according to the Binoth Les Houches Accord (BLHA) has been added for all VBF and di/tri-boson processes including fully leptonic decays. For all dimension-8 operators affecting vector boson scattering (VBS) processes, a modified T-matrix unitarization procedure has been implemented. Several new production processes have been added, namely the VBS $Zγjj$ and $γγjj$ processes at NLO, $γγjj $, $WWj$ and $ZZj$ production at NLO including the loop-induced gluon-fusion contributions and the gluon-fusion one-loop induced $Φjjj$ ($Φ$ is a CP-even or CP-odd scalar boson) process at LO, retaining the full top-mass dependence. Finally, the code has been parallelized using OpenMPI.

研究の動機と目的

• ベクトルボソン融合 (VBF) および電弱ボソンとジェットを含む QCD 诱导過程における、次-leading order (NLO) QCD 予測の正確な実行を可能にする。
• VBF における $W\gamma jj$、$HHjj$、$W^\pm W^\pm jj$、および $pp\to\text{Spin-2}jj$ といった新しい生成チャネルをシミュレーションフレームワークに統合する。
• 包括的な有効場理論演算子のセットを用いて、すべての三ボソンおよび VBF $VVjj$ における異常な三重および四重ゲージボソン結合をサポートする。
• $VVjj$、$VVV$、$VV\gamma$ 終状態におけるベクトルボソンの半レプトン性崩壊モードを実装し、イベント生成における現実性を向上させる。
• Les Houches イベントファイル出力と柔軟な運動量カットを備えたことで、現代のモンテカルロワークフローとの互換性を確保する。

提案手法

• 電弱ボソンとジェットを含む過程における NLO QCD 糾正の完全自動化された1ループ振幅生成器を活用する。
• VBF、グルーオン融合、および最大3本のジェットを含む QCD 诱导過程の行列要素を統合し、グルーオン融合によるヒッグス生成も含む。
• 有効場理論演算子による異常ゲージボソン結合の柔軟なパrameter化を実装し、$\kappa_{\gamma}$、$\lambda_{\gamma}$、$f_4/f_5$ 型の演算子を含む。
• 行列要素と崩壊幅、位相空間統合を組み合わせることで、$W$、$Z$、$H$ ボソンの半レプトン性崩壊をサポートする。
• PDF、カット、スケール、異常結合を制御できる、モジュラーな設定ファイル（例：vbfnlo.dat、cuts.dat、anomV.dat）を介した入力システムを提供する。
• VBF（vbfnlo）およびグルーオン融合（ggflo）プロセスのための別々の実行可能ファイルを提供し、パフォーマンス向上のための最適化されたグリッドベース並列処理を実装する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LHC におけるベクトルボソン融合において、$W\gamma jj$ および $HHjj$ 生成の NLO QCD 糾正は何か？
• RQ2 異常な三重および四重ゲージボソン結合は、VBF における $VVjj$ および $VVV$ 終状態の運動量分布にどのように影響を与えるか？
• RQ3 半レプトン性崩壊は、VBF における $VVjj$ および $VV\gamma$ プロセスのイベントレベルシミュレーションにどのような影響を及えるか？
• RQ4 VBFNLO は、グルーオン融合による2本のジェットを伴うヒッグスボソン生成を1ループレベルでどれほど正確にシミュレートできるか？
• RQ5 有効場理論演算子は、LHC における二ボソンおよび三ボソン終状態における新しい物理をモデル化する上で果たす役割は何か？

主な発見

• VBFNLO v2.7.0 は、$W\gamma jj$、$HHjj$、$W^\pm W^\pm jj$、および $pp\to\text{Spin-2}jj$（$\text{Spin-2}\to WW/ZZ\to\text{レプトン}$）を含む48の新しいプロセスにおける NLO QCD 糾正を含む。
• 14個の有効演算子を用いて、すべての $VVjj$、$VVV$、$VV\gamma$ プロセスにおける異常結合をサポートし、LHC データとの直接比較を可能にする。
• $VVjj$、$VVV$、$VV\gamma$ 終状態における半レプトン性崩壊が利用可能になり、正しい干渉項と位相空間処理が行われる。
• VBF $Hjj$ およびグルーオン融合 $Hjj$ における $H\to b\bar{b}$ の断面積が NLO で計算され、安定性と精度が向上した。
• ジェット、レプトン、光子、VBF特有の構成に対する運動量カットが完全に設定可能であり、現実的な実験的解析シミュレーションが可能になる。
• イベント出力は Les Houches 形式をサポートし、イベントごとの全情報を（パートンレベルの運動量および崩壊生成物を含む）提供し、後続の解析に適している。