[论文解读] Automating Predictions for Standard Model Effective Field Theory in MadGraph5_aMC@NLO

Cen Zhang|arXiv (Cornell University)|Jan 15, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 23被引用 5

一句话总结

本文利用 MadGraph5_aMC@NLO 框架，实现了标准模型有效场论（SMEFT）中下一阶修正（NLO）QCD 计算的自动化，实现了 SMEFT 过程在 QCD 中 NLO 阶的完全自动事件生成。主要贡献包括在顶夸克、电弱和希格斯 sectors 中实现了六维算符，目前已有适用于主要过程（如 $t\bar{t}H$、$W$-对产生和单顶夸克产生）的 NLO 兼容 UFO 模型。

ABSTRACT

Next-to-leading order event generation for the Standard Model effective field theory has started to become available in the MadGraph5_aMC@NLO framework. In this talk we discuss some of the recent progresses in this direction, with a focus on the top-quark sector.

研究动机与目标

• 为 LHC 精细物理研究在标准模型有效场论（SMEFT）中实现完全自动化的 NLO QCD 计算。
• 解决对精确理论预测的需求，以对新物理尺度施加严格限制并表征超出标准模型的信号。
• 扩展 MadGraph5_aMC@NLO 框架以支持 SMEFT 的 NLO 阶计算，包括圈修正和反项生成。
• 为顶夸克、希格斯和电弱 sectors 中关键过程提供 NLO 兼容的 UFO 模型，用于全局拟合与现象学研究。
• 通过自动 SMEFT 工具演示在 NLO 精度下进行全局拟合程序的可行性。

提出的方法

• 利用 MadGraph5_aMC@NLO 框架实现基于 MC@NLO 方法的自动 NLO QCD 计算与 parton shower 匹配。
• 使用 FeynRules 软件包实现 SMEFT 拉格朗日量，生成与 MadGraph5_aMC@NLO 兼容的 UFO 模型文件。
• 通过 MadLoop 计算一阶圈修正，需要由 NLOCT 软件包生成的紫外和 $R_2$ 反项。
• 应用 NLOCT 软件包计算六维算符反项，目前正开发以完全支持有效场论顶点。
• 通过顶夸克耦合、$W$-对产生和 $t\bar{t}H$ 产生的案例研究验证结果，对比 LO 与 NLO 预测。
• 以 Higgs 有效拉格朗日量（HEL）和 HC 框架为希格斯 sector 算符的参考，UFO 模型已公开提供。

实验结果

研究问题

• RQ1 是否可以在 MadGraph5_aMC@NLO 框架内系统且自动地生成 SMEFT 过程的 NLO QCD 修正？
• RQ2 在顶夸克、希格斯和电弱 sectors 中，关键 SMEFT 算符的 NLO 兼容 UFO 模型目前处于何种状态？
• RQ3 自动化的 NLO 模拟在多大程度上可提升 SMEFT 现象学对 LHC 测量的精度？
• RQ4 NLO 修正如何影响如 $t\bar{t}H$ 和带有异常三重规范耦合的 $W$-对产生过程中的微分分布？
• RQ5 能否使用 MadGraph5_aMC@NLO 和 FeynRules 等自动化工具在 NLO 精度下执行 SMEFT 算符的全局拟合？

主要发现

• SMEFT 过程的 NLO QCD 修正现已在 MadGraph5_aMC@NLO 中实现，支持带 parton shower 匹配的完全自动事件生成。
• 顶夸克 sector 的 NLO UFO 模型已成功实现并公开提供，包含 $O_{tG}$、$O_{tW}$ 和 $O_{\bar{t}\varphi}$ 等算符。
• 对于 $pp \to t\bar{t}H$，$O_{\varphi G}$、$O_{t\varphi}$ 和 $O_{tG}$ 在 NLO 阶有贡献，且 $O_{\varphi G}$ 在 $\mathcal{O}(\alpha_s)$ 阶与 $O_{t\varphi}$ 混合。
• 在 $O_{WWW}$ 算符作用下的 $W$-对产生过程在不变质量分布中表现出显著的 NLO 修正，如图 2 所示。
• 已提供用于味改变的顶夸克衰变和单顶夸克产生的 NLO 兼容模型，四费米子算符正处于积极开发中。
• Higgs 有效拉格朗日量（HEL）正在向 QCD 的 NLO 阶扩展，关键的希格斯产生模式（胶子融合、VBF、$VH$）现已在 SMEFT 中实现 NLO 精度。