[论文解读] Matching NNLO to parton shower using N$^3$LL colour-singlet transverse momentum resummation in GENEVA

Simone Alioli, C. Bauer+7 more|arXiv (Cornell University)|Feb 16, 2021

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 7

一句话总结

该论文通过在Geneva蒙特卡洛框架中引入胶色单重系统横向动量（$q_\perp$）作为匹配NNLO QCD计算与部分子喷泉的分辨率变量，扩展了该框架，利用RadISH形式化实现了N$^3$LL级重求和。该方法实现了Drell-Yan过程的完全排他性、NNLO+PS精度预测，与13 TeV LHC数据高度一致，证明了尽管$q_\perp$具有非Sudakov行为，其仍可作为0-jet分辨率变量的有效性。

ABSTRACT

We extend the GENEVA Monte Carlo framework using the transverse momentum of a colour-singlet system as the resolution variable. This allows us to use next-to-next-to-next-to leading logarithm (N$^3$LL) resummation via the adish formalism to obtain precise predictions for any colour-singlet production process at the fully exclusive level. Thanks to the implementation of two different resolution variables within the GENEVA framework, we are able to assess the impact of such a choice on differential observables for the first time. As a first application we present predictions for Drell-Yan lepton pair production at next-to-next-to-leading order (NNLO) in QCD interfaced to a parton shower simulation that includes additional all-order radiative corrections. We provide fully showered and hadronised events using PYTHIA8, while retaining the NNLO QCD accuracy for observables which are inclusive over the additional radiation. We also show that it is possible to obtain a numerically good agreement between showered GENEVA predictions and the N$^3$LL resummation for the transverse momentum spectrum by choosing a more local recoil scheme. We compare our final predictions to LHC data at 13 TeV, finding good agreement across several distributions.

研究动机与目标

• 将Geneva蒙特卡洛框架扩展，使用胶色单重系统横向动量（$q_\perp$）作为匹配NNLO QCD计算与部分子喷泉的分辨率变量。
• 首次评估选择$q_\perp$与$N$-喷泉性作为分辨率变量对微分可观测量的影响差异。
• 利用RadISH形式化实现$q_\perp$的N$^3$LL级重求和，以实现排他性事件生成中的高精度预测。
• 在Drell-Yan产生过程中，实现与Pythia8接口的完全喷泉化与强子化事件生成，达到NNLO精度，并与13 TeV LHC数据进行比较。

提出的方法

• 在Geneva框架中使用胶色单重系统横向动量$q_\perp$作为0-jet分辨率变量，取代此前依赖$N$-喷泉性的做法。
• 应用RadISH形式化对$q_\perp$分布执行N$^3$LL级重求和，实现高精度的全阶次修正。
• 通过$\xi$、$y$和$\phi$等运动学变量，构建基于$q_\perp$的分辨率与部分子喷泉相空间之间的映射，确保相空间积分的一致性。
• 推导$q_\perp$与部分子喷泉变量$\mathcal{T}_1$和$z$之间变换的雅可比行列式，实现精确的事件生成。
• 利用粒子物理中的相对论性运动学，在强子质心参考系中，从$q_\perp$、$\mathcal{T}_1$和$z$重构胶色单重系统的不变质量与四动量。
• 将固定阶NNLO预测与重求和的$q_\perp$分布通过Geneva方法匹配，确保红外无关性与排他性事件生成。

实验结果

研究问题

• RQ1 尽管在小$q_\perp$区域$q_\perp$表现出非Sudakov行为，其能否作为Geneva框架中有效的0-jet分辨率变量？
• RQ2 将$q_\perp$作为分辨率变量与标准的$N$-喷泉性变量相比，对微分分布的影响如何？
• RQ3 对$q_\perp$实施N$^3$LL级重求和，能在多大程度上提升Drell-Yan产生过程中NNLO+PS预测的精度？
• RQ4 能否使用$q_\perp$作为分辨率标度，实现包含部分子喷泉效应的完全排他性、强子级事件的NNLO精度生成？

主要发现

• Geneva框架成功实现了$q_\perp$作为0-jet分辨率变量，使胶色单重过程的横向动量分布实现N$^3$LL级重求和。
• 基于$q_\perp$的方法实现了NNLO+PS精度的完全排他性、强子化事件生成，与Pythia8接口，并保持了包含可观测量的NNLO精度。
• 在小$q_\perp$区域，微分截面满足$d\sigma/dq_\perp \sim q_\perp$，与平衡硬辐射主导于软/共线发射的物理图像一致。
• 该框架在13 TeV LHC数据下对多个Drell-Yan分布实现了良好的符合度，验证了新方法的有效性。
• 该实现表明，尽管$q_\perp$具有矢量性质且在小值区域无指数抑制，其仍可作为分辨率变量被有效使用。