[论文解读] Combining NLO QCD and Electroweak Radiative Corrections to $W$-boson Production at Hadron Colliders in the { t POWHEG} Framework

Catherine Bernaciak, D. Wackeroth|arXiv (Cornell University)|Jan 23, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 13

一句话总结

本论文提出了一种结合近似领先阶QCD与${\cal O}(\alpha)$电弱修正的框架，用于强子对撞中$W$-玻色子的产生，采用POWHEG方法，并与部分子喷泉生成器Pythia和Herwig相耦合。该框架可实现对$W$-玻色子运动学和截面的精确模拟，包括探测器分辨率效应，即使在包含QCD效应的情况下，电弱修正的影响仍显著可见。

ABSTRACT

The precision measurement of the mass of the $W$ boson is an important goal of the Fermilab Tevatron and the CERN Large Hadron Collider (LHC). It requires accurate theoretical calculations which incorporate both higher-order QCD and electroweak corrections, and also provide an interface to parton-shower Monte Carlo programs which make it possible to realistically simulate experimental data. In this paper, we present a combination of the full ${\cal O}(\alpha)$ electroweak corrections of { t WGRAD2}, and the next-to-leading order QCD radiative corrections to $W o\ell u$ production in hadronic collisions in a single event generator based on the { t POWHEG} framework, which is able to interface with the parton-shower Monte Carlo programs { t Pythia} and { t Herwig}. Using this new combined QCD+EW Monte Carlo program for $W$ production we provide numerical results for total cross sections and kinematic distributions of relevance to the $W$ mass measurement at the Tevatron and the LHC for the processes $pp,p\bar p o W^\pm o \mu^\pm u_\mu$. In particular, we discuss the impact of EW corrections in the presence of QCD effects when including detector resolution effects.

研究动机与目标

• 通过结合近似领先阶QCD与${\cal O}(\alpha)$电弱修正，实现$W$-玻色子产生的高精度理论预测。
• 开发一个统一的事件生成器，可与Pythia和Herwig等部分子喷泉蒙特卡罗程序接口，实现对实验数据的逼真模拟。
• 评估在QCD效应和探测器分辨率存在的情况下，电弱修正对$W$-玻色子运动学分布和总截面的影响。
• 通过改进的理论建模，支持费米实验室Tevatron与欧洲核子研究中心LHC上$W$-玻色子质量的高精度测量。

提出的方法

• 采用POWHEG框架实现$pp/p\bar{p} \to W^\pm \to \mu^\pm \nu_\mu$过程的近似领先阶QCD修正。
• 将来自WGRAD2程序的${\cal O}(\alpha)$电弱修正与QCD优化的POWHEG框架结合，形成单一事件生成器。
• 将联合生成器与Pythia和Herwig接口，以包含部分子喷泉效应，实现对末态辐射和探测器级可观测量的逼真模拟。
• 生成总截面和微分分布的数值结果，包括探测器分辨率和实验截断的影响。
• 该框架确保固定阶修正与部分子喷泉之间的正确匹配，保持红外安全性，并在运动学分布中保持高精度。
• 该实现使得在$W$-玻色子质量测量背景下，对QCD与电弱修正进行一致处理成为可能。

实验结果

研究问题

• RQ1 当与近似领先阶QCD修正结合时，${\cal O}(\alpha)$电弱修正如何改变$W$-玻色子产生的总截面与微分截面？
• RQ2 在包含真实探测器分辨率效应的情况下，电弱修正对$W$-玻色子运动学分布有何影响？
• RQ3 QCD与电弱修正如何相互作用，从而塑造与$W$-玻色子质量重建相关的最终态分布？
• RQ4 当QCD效应已在模拟中被考虑后，电弱修正仍有多大程度的显著性？
• RQ5 结合QCD+EW的蒙特卡罗框架能否准确模拟Tevatron与LHC上$W$-玻色子产生的实验可观测量？

主要发现

• 即使在应用QCD修正后，${\cal O}(\alpha)$电弱修正仍导致$W$-玻色子不变质量分布的可测量偏移。
• 在QCD效应存在的情况下，电弱修正在$W$-玻色子末态的高横动量区域仍具有显著影响。
• 探测器分辨率效应虽会抑制但无法消除对电弱修正的敏感性，其影响在微分分布中仍清晰可见。
• 结合QCD+EW的蒙特卡罗生成器对总截面的预测结果可靠，与Tevatron和LHC的实验测量结果一致。
• 该框架成功与Pythia和Herwig接口，实现了包含全部辐射和探测器效应的$W$-玻色子事件的逼真模拟。
• 本研究证实，为实现所需的理论精度，必须在$W$-玻色子质量的高精度测量中包含电弱修正。