[论文解读] Next-to-leading-order electroweak corrections to pp->WW->4 leptons in double-pole approximation at the LHC

M. Billoni, S. Dittmaier+2 more|arXiv (Cornell University)|Nov 21, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 12被引用 4

一句话总结

本文使用RacoonWW框架中的双极点近似（DPA），计算了LHC上pp→WW→4轻子过程的W玻色子对产生过程的下一阶修正（NLO）电弱修正。该研究完整考虑了虚修正与实修正的非稳定宽度效应及自旋关联，发现由光子引发的过程（γγ与qγ）显著改变了高横动量末态轻子的分布，甚至在部分区域主导了修正——使净修正幅度最大降低达30%，凸显了在精确的希格斯玻色子与新物理搜索中必须包含电弱效应的重要性。

ABSTRACT

We report on our calculation of next-to-leading-order electroweak corrections to W-boson pair production at the LHC, taking into account off-shell effects and spin correlations of the W bosons and their leptonic decays in the framework of a double-pole approximation. We study the various contributions to the electroweak corrections in detail and discuss their impact on selected observables within a realistic event-selection setup.

研究动机与目标

• 在LHC上pp→WW→4 leptons过程中，完整考虑非稳定宽度与自旋关联效应，计算W-玻色子对产生的下一阶电弱修正。
• 评估各贡献项（尤其是光子引发过程）对总截面与微分截面的影响。
• 评估双极点近似（DPA）在强子W-玻色子对产生过程中的有效性与准确性。
• 确定NLO电弱修正是否对希格斯玻色子衰变与新物理搜索的精确分析至关重要。

提出的方法

• 使用双极点近似（DPA）计算虚电弱修正，分离可分解与不可分解贡献。
• 采用RacoonWW方法，在2→4矩阵元中建模非稳定W玻色子传播子与自旋关联。
• 精确处理实辐射过程，包括夸克与光子的初态辐射，未作简化。
• 应用真实事件选择截断条件（如喷流抑制、ATLAS类截断）以模拟实验条件。
• 使用完全非稳定宽度的2→4矩阵元框架进行数值计算，包含完整的QCD与电弱耦合。
• 将子过程¯qq、¯bb、γγ与qγ的相对修正进行比较，以¯qq为归一化通道。

实验结果

研究问题

• RQ1 NLO电弱修正如何改变LHC上pp→WW→4 leptons过程的总截面？
• RQ2 光子引发的子过程（γγ与qγ）在多大程度上扭曲了末态轻子的高横动量分布？
• RQ3 与完整计算相比，双极点近似（DPA）在强子W-玻色子对产生过程中的电弱修正中准确性如何？
• RQ4 电弱修正对微分可观测量（如轻子对的快度差与横动量）的相对影响是什么？
• RQ5 喷流抑制条件是否足以抑制QCD增强贡献，使电弱修正在高pT尾部占主导？

主要发现

• 在√s = 8 TeV、采用ATLAS类截断条件下，¯qq引发过程的总NLO电弱修正约为-2.7%，但受其他贡献显著修正。
• 光子引发过程（γγ与qγ）对总修正的贡献为5–10%，其中qγ在高pT区域成为主导。
• 在pT,e ≈ 0.9 TeV时，qγ过程的相对修正可达30%，主要由t通道Wγ振幅与硬喷流反冲驱动。
• 电子-μ子系统横动量分布在高pT区域显示出来自¯qq的大幅负修正，部分被γγ与qγ过程的正贡献所补偿。
• 所有修正的总和在总截面中仍较小（<5%），但分布被强烈扭曲，尤其在高动量尾部。
• 若无喷流抑制，qγ贡献在尾部急剧增加，表明在高pT区域，仅使用纯NLO QCD预测是不足的，除非实施喷流抑制。