[论文解读] Electroweak Corrections at High Energies

Kalanand Mishra, Barzè, Luca+13 more|arXiv (Cornell University)|Aug 6, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 11

一句话总结

本文评估了大型强子对撞机（LHC）及未来对撞机（8、14、33 和 100 TeV）高能质子-质子碰撞中的电弱（EW）修正，重点关注二胶子喷注、包括 W/Z 玻色子、W/Z+ jets 及 WW 产生等主导过程。结果表明，尽管总截面修正值仍较小，但来自大质量 W/Z 玻色子交换的 Sudakov 对数效应在高动量和高不变质量尾部区域引发电弱修正达 10–20%，在高能下因动量空间范围扩大及对标准模型之外精确物理的敏感性增强，使其具有实验相关性。

ABSTRACT

We present a survey of the most abundant processes at the LHC for sensitivity to electroweak corrections at \sqrt{s} = 8, 14, 33, and 100 TeV proton-proton collision energies. The processes studied are pp -> dijet, inclusive W and Z, W/Z+jets, and WW. In each case we compare the experimental uncertainty in the highest kinematic regions of interest with the relative magnitude of electroweak corrections and fixed-order α_S calculations.

研究动机与目标

• 评估主要 LHC 过程在中心系能量逐步提升时对电弱修正的敏感性。
• 确定由于 Sudakov 对数效应，电弱修正是否在高动量区域变得具有实验显著性。
• 将电弱修正的大小与高-pT 和高不变质量区域的实验不确定度进行比较。
• 评估高能下光子诱导过程以及虚拟/实修正在矢量玻色子对产生中的作用。
• 为未来高能对撞机提供基准，以说明在关键标准模型过程中精确电弱修正的重要性。

提出的方法

• 该研究计算了在 √s = 8、14、33 和 100 TeV 下，二胶子喷注、包括 W/Z 玻色子、W/Z+ jets 及 WW 产生的下一阶（NLO）电弱修正，包括虚拟和实修正。
• 包含 O(α_s α, α²) 虚拟修正和 O(α_s² α) 实修正，重点分析来自大质量 W/Z 玻色子交换的 Sudakov 对数效应。
• 通过分析二胶子喷注不变质量（M12）、喷注横动量（kT）及 W/Z 玻色子 pT 的微分分布，识别出大修正效应区域。
• 将电弱修正的相对大小与 8 TeV 时 ATLAS 和 CMS 测量结果的实验不确定度直接比较。
• 单独评估光子诱导贡献（γγ → WW），尤其在高能区域其可能扭曲分布的情况。
• 将计算扩展至 33 和 100 TeV，以预测随对撞机能量增加，修正效应的演化趋势。

实验结果

研究问题

• RQ1 在哪些动量区域，电弱修正在高能 pp 碰撞中变得与实验不确定度相当？
• RQ2 在 33 和 100 TeV 下，来自大质量 W/Z 玻色子的 Sudakov 对数如何影响二胶子喷注和矢量玻色子产生的微分分布？
• RQ3 在高能下，光子诱导过程对 WW 产生的贡献程度如何，其对精确测量有何影响？
• RQ4 在不同标准模型过程中，电弱修正的相对大小如何随中心系能量增加而演化？
• RQ5 当前 LHC 测量是否已进入电弱修正占主导的 'Sudakov 区域'？

主要发现

• 在 √s = 8 TeV 时，电弱修正在二胶子喷注和 W/Z 产生的最高 pT 及不变质量区间的修正幅度可达 10–20%，与实验不确定度相当。
• 在 14 TeV 下，二胶子喷注和 W/Z+ jets 分布尾部的电弱修正幅度依然显著，证实对 Sudakov 区域的敏感性。
• 在 33 和 100 TeV 下，尽管修正本身的幅度变化不大，但由于动量空间范围扩大，高-pT 和高-M12 区域的电弱修正相对大小显著增加。
• 在更高能量（100 TeV）下，光子诱导贡献（γγ → WW）被抑制，对 WW 产生分布的影响减小。
• 虽然总截面修正仍低于 1%，但高能尾部的微分修正幅度已足够大，足以影响精确物理研究及新物理探测。
• 研究结论认为，WW、W/Z+ jets 及高-pT 尾部的包括 W/Z 产生过程在 14 TeV 时已处于或接近 'Sudakov 区域'，在 33 和 100 TeV 下将更加敏感。