[论文解读] Electroweak corrections to the Drell-Yan process in the high dimuon mass range

V. Zykunov|ArXiv.org|Feb 20, 2007

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 3

一句话总结

本文使用渐近方法和广义函数（θ和δ函数）对高二倍子质量（高达5 TeV）的Drell-Yan过程在O(α)阶下完成了完整的单圈电弱辐射修正计算，实现了快速、精确的数值计算。FORTRAN代码READY计算的修正结果在1 TeV时达到−5.6%，在5 TeV时达到−35.3%，其中W玻色子盒图和末态辐射的负贡献占主导，对LHC上新物理的高精度搜索至关重要。

ABSTRACT

The complete electroweak radiative O(α) corrections to the Drell-Yan process at large invariant dimuon mass have been studied. All formulas for the cross sections and kinematical restrictions are presented in explicit form, for the simplification of calculation and coding the theta- and delta-functions are actively used. The FORTRAN code READY for the numerical analysis in the high energy region corresponding to the future experiments at the CERN Large Hadron Collider has been constructed. To simulate the detector acceptance we used the standard CMS detector cuts. The radiative corrections are found to become large at high dimuon mass M, the complete corrections at "bare" setup change the dimuon mass distribution up to ~ -5.6% (-23.2%; -35.3%) at the LHC energy and M=1 (3; 5)TeV.

研究动机与目标

• 计算高不变二倍子质量区段（1–5 TeV）Drell-Yan过程在O(α)阶的精确电弱辐射修正，适用于LHC新物理搜索。
• 开发一种快速、精确的数值工具（READY代码），通过显式可积形式（使用θ-和δ-函数）表达截面和运动学约束，以便集成进蒙特卡洛生成器。
• 量化各项电弱修正贡献（如玻色子自能、顶点修正、盒图和轫致辐射）对高能区二倍子质量分布的影响。
• 通过标准CMS截断条件（pT ≥ 20 GeV，|η| ≤ 2.4）模拟探测器效应，并在“原始”μ子识别条件下（无能量展宽，无光子重组）评估修正结果。
• 与现有程序（SANC、ZGRAD、DY2002）进行结果验证，确保未来高精度分析的可靠性。

提出的方法

• 应用渐近方法（AA），在高能标下系统展开电弱修正，尤其针对双重Sudakov对数（DSL）进行展开。
• 通过广义函数（θ和δ函数）表达截面和运动学约束，实现高效自适应多维积分，用于数值计算。
• 实现FORTRAN代码READY，用于计算完整的O(α)电弱修正，包括虚修正（BSE、HV、盒图）、初态辐射（ISR）、末态辐射（FSR）及干涉项。
• 计算涵盖所有相关贡献：玻色子自能（BSE）、重夸克顶点修正（HV）、γγ、γZ、ZZ、WW盒图，以及软/硬光子发射（ISR、FSR、INT）。
• 通过标准CMS接受度截断条件建模探测器效应：pT(μ) ≥ 20 GeV，|η(μ)| ≤ 2.4，采用“原始”设置（无μ子能量展宽，无光子重组）。
• 数值分析在LHC能量（13–14 TeV）下进行，聚焦于二倍子质量分布及相对修正δM^C随M的变化。

实验结果

研究问题

• RQ1 在LHC物理背景下，高二倍子质量（1–5 TeV）的Drell-Yan过程在O(α)阶的完整电弱修正有多大？
• RQ2 在高质质量区段中，哪些电弱修正贡献（如W盒图、顶点修正、轫致辐射）主导了辐射修正？
• RQ3 双重Sudakov对数（DSL）和单重Sudakov对数（SSL）在TeV量级能量下对修正模式的影响程度如何？
• RQ4 修正结果如何依赖于探测器级截断条件？使用“原始”μ子识别设置的影响是什么？
• RQ5 与现有程序（SANC、ZGRAD、DY2002）相比，结果如何？交叉验证对未来高精度分析有何重要意义？

主要发现

• 在LHC能量下，采用“原始”设置，O(α)阶完整电弱修正使二倍子质量分布在M = 1 TeV时减少至−5.6%，在M = 5 TeV时减少至−35.3%。
• 主导的负贡献来自W玻色子盒图，其与Born振幅发生破坏性干涉，且随Sudakov对数增长。
• 末态辐射（FSR）贡献−0.071，初态辐射（ISR）贡献−0.019，两者均显著降低截面。
• WW盒图贡献为唯一负值，且其绝对值大于顶点修正（HV）和玻色子自能（BSE）的正贡献（分别为~+0.07和~+0.12）。
• 顶点图中的单重Sudakov对数（SSL，图1,d–e）起关键作用，尽管在渐近展开中DSL应占主导，但在M = 1 TeV时SSL的大小可达DSL的9倍。
• 总修正为负，在M = 1 TeV时达到−0.056（−5.6%），表明存在显著的电弱背景，必须在新物理搜索中予以考虑。