[论文解读] Modelling Wt and tWZ production at NLO for ATLAS analyses

O. Bessidskaia Bylund|arXiv (Cornell University)|Nov 30, 2016

Superconducting Materials and Applications被引用 5

一句话总结

本文评估了图移除2（DR2）方法，该方法在不进行动量重分配的情况下，以下一阶量子色动力学（NLO）精度建模 $Wt$ 和 $tWZ$ 产生过程，同时保留了与 $t\bar{t}$ 和 $t\bar{t}Z$ 过程的干涉效应。与标准图移除1（DR1）相比，DR2使 $Wt$ 的截面降低10%，$tWZ$ 降低28%，在ATLAS分析选择的高能区存在显著的微分分布差异。

ABSTRACT

The generation of single top production in the $Wt$ channel at NLO gives rise to doubly-resonant diagrams that overlap with $t \bar t$, and similarly for associated production with a $Z$ or Higgs boson. Several methods exist to remove this overlap, thus avoiding double counting and separating the two processes. In Diagram Removal 1, the amplitudes of doubly-resonant diagrams are set to zero, which also removes the interference of $Wt$ with $t \bar t$. If a measurement is performed in a region where this interference is not negligible, it would be of interest to take it into account. Another method, Diagram Subtraction, preserves the interference. However, it relies upon momentum reshuffling, which introduces uncertainties to the prediction. An alternative method, Diagram Removal 2, does not involve reshuffling and preserves the interference by subtracting the amplitude squared of the doubly-resonant diagrams from the total. The predictions of Diagram Removal 2 from MG5_aMC@NLO are compared with other predictions for $Wt$ and $tWZ$ production in the context of analyses at the ATLAS experiment. Implications of using Diagram Removal 2 are discussed, both for measurements of single top processes and when $Wt$ or $tWZ$ are treated as a background. Differential distributions are shown, investigating in what regions the predictions differ the most.

研究动机与目标

• 解决NLO QCD计算中 $Wt$/$tWZ$ 与 $t\bar{t}$/$t\bar{t}Z$ 过程之间的重复计数问题。
• 评估 $Wt$ 与 $t\bar{t}$ 以及 $tWZ$ 与 $t\bar{t}Z$ 之间干涉效应的影响，这些效应在标准图移除1中被忽略。
• 验证图移除2（DR2）作为基于动量重分配方法（如图减法）的规范不变替代方案。
• 使用MG5_aMC@NLO为ATLAS分析选择提供精确的 $Wt$ 和 $tWZ$ NLO预测。
• 量化在高重道喷注和高-$p_T$ 区域中由干涉效应引起的理论不确定性，这些区域与ATLAS测量密切相关。

提出的方法

• 应用图移除2（DR2），即从总振幅平方中减去双共振图的平方振幅，从而在不进行动量重分配的情况下保留干涉效应。
• 使用MG5_aMC@NLO进行事件生成，结合MadSpin处理衰变，使用Herwig++或Pythia8进行部分子喷注。
• 将DR2预测与图移除1（DR1）、图减法（DS）以及ATLAS Powheg-Box的名义样本进行比较。
• 实施与ATLAS预选条件匹配的运动学截断：轻子 $p_T > 20$ GeV，喷注 $p_T > 25$ GeV，$|\eta| < 2.5$。
• 分析喷注数量、领先喷注 $p_T$ 和 $Z$ 玻色子 $p_T$ 的微分分布，以识别差异最大的区域。
• 通过与先前关于 $Wt$ 和 $tWH$ 的规范不变预测对比，验证DR2在干涉建模中的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 DR2与DR1在 $Wt$ 和 $tWZ$ 产生过程的总截面预测上存在何种差异？
• RQ2 在哪些运动学区域中，DR2与DR1的预测差异最为显著？
• RQ3 $Wt$ 与 $t\bar{t}$ 之间的干涉效应有多大，它如何影响微分分布？
• RQ4 与DR1相比，DR2中包含干涉效应后对 $tWZ$ 截面有何影响，特别是在高-$p_T$ 和高喷注数区域？
• RQ5 DR2的预测在多大程度上与 $Wt$ 和 $tWZ$ 中干涉效应的规范不变基准一致？

主要发现

• 在DR2中，$Wt$ 产生的总截面为7.09 pb，比DR1的7.87 pb低10%，表明存在显著的破坏性干涉效应。
• 对于 $tWZ$ 产生，DR2的截面（12.2 fb）比DR1（15.6 fb）低28%，反映出较大的干涉贡献。
• 微分分布显示，DR1与DR2之间最大的差异出现在高喷注数和高 $p_T$ 区域，尤其是领先喷注和 $Z$ 玻色子处。
• $Wt$ 与 $t\bar{t}$ 之间的干涉为破坏性，量级约为10%，与先前研究一致。
• DR2预测与 $Wt$ 和 $tWH$ 的规范不变基准一致，证实其在不使用动量重分配的情况下可靠地建模干涉效应。
• $tWZ$ 过程表现出复杂的干涉结构，涉及 $t\bar{t}Z$ 和 $t\bar{t}$，DR2在微分可观测量中有效捕捉了这一结构。