[论文解读] NLO Electroweak Corrections to Multi-Boson Processes at a Muon Collider

Pia Bredt, Wolfgang Kilian+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2022

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 2

一句话总结

该论文利用 WHIZARD+RECOLA 框架中的 FKS 抑制方法，在未来μ子对撞机上计算了至迟到阶（NLO）电弱修正对多玻色子过程（最终态最多四个规范玻色子和希格斯玻色子）的影响。研究发现，来自初态辐射和虚修正的大 Suda kov 对数显著抑制了高能下希格斯辐射和多玻色子产生截面，14 TeV 时修正幅度可达 -20%，凸显了在高能轻子对撞机上实现精确标准模型检验与新物理搜索必须达到 NLO 精度的重要性。

ABSTRACT

We present first results on NLO electroweak (EW) corrections to multiple massive boson production processes at the proposed muon collider. Inclusive cross sections with $\mathcal{O}(\alpha)$ corrections for processes covering up to four bosons in the final state as well as differential distributions for $HZ$ production are computed for $\sqrt{s}=3$, $10$ and $14$ TeV by using FKS subtraction in the NLO EW automated Monte-Carlo framework WHIZARD+RECOLA. Large logarithmic effects due to collinear ISR and EW virtual correction factors as well as the impacts of an energy cut on hard photons are discussed with an emphasis on the differential distributions for Higgsstrahlung. The tremendous potential of the proposed muon collider for studying physics of the EW sector is underlined by the EW corrections significantly affecting observables for processes at high energies and boson multiplicities. Without precision predictions it is not possible to firmly establish potential signals from New Physics.

研究动机与目标

• 计算未来μ子对撞机上多玻色子产生过程（最多四个终态玻色子）的 NLO 电弱修正。
• 评估来自初态辐射和虚电弱效应的大对数修正对希格斯辐射和多玻色子可观测量的影响。
• 评估硬光子能量截断的影响及其对包含截面和微分分布的作用。
• 证明 NLO 电弱修正确实是实现高能μ子对撞机上标准模型精确检验与新物理探测所必需的精度的关键。
• 通过带质量轻子初态过程验证框架，并为 HZ 产生推导出 Suda kov 修正因子。

提出的方法

• 使用 FKS 抑制方法处理 NLO 电弱计算中的红外和共线发散。
• 在 WHIZARD+RECOLA 自动化蒙特卡洛框架中实现完整的 NLO 电弱计算。
• 应用从虚修正和初态辐射中导出的 Suda kov 类修正因子，以估算主导对数效应。
• 计算 √s = 3, 10, 和 14 TeV 下 HZ 和 ZZ 产生的包含截面与微分分布。
• 利用 Mandlestam 变量和涉及 log(|t|/s) 与 log(|u|/s) 的自旋依赖项，推导 HZ 的 Suda kov 修正因子。
• 使用虚修正的解析表达式，包括波函数重正化和耦合参数重正化，以计算完整的 NLO 修正因子。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 3、10 和 14 TeV 下，NLO 电弱修正如何影响 HZ 和 ZZ 产生过程的包含截面？
• RQ2 在希格斯辐射过程中，来自初态辐射和虚修正的大对数修正的大小及其能量依赖性如何？
• RQ3 对硬光子施加能量截断如何影响 NLO 电弱修正及最终截面？
• RQ4 在多 TeV 能量下，NLO 修正对多玻色子过程中高多重态末态的抑制程度如何？
• RQ5 NLO 修正与领先阶预测相比如何？其对希格斯辐射和多玻色子可观测量精度的影响是什么？

主要发现

• 在 14 TeV 下，NLO 电弱修正使 HZ 和 ZZ 截面最大减少约 -20%，表明由于大对数修正导致显著抑制。
• 主要修正来自初态辐射和虚修正，它们产生形式为 l(s, M²W) ≡ log(s/M²W) 的 Suda kov 类双对数。
• 从虚修正和初态辐射中导出的 Suda kov 修正因子 Λκλ 表现出强烈的能量依赖性和极化依赖性，其最大效应出现在高能极限。
• 基于无极化 Born 幅度和自旋平均虚修正的修正因子 Λunpol_est 在高能下能良好逼近完整 NLO 结果。
• 与角度相关的项，正比于 log(|t|/s) 和 log(|u|/s)，贡献次主导但不可忽略的影响，尤其在前向/后向区域。
• 本研究证实，NLO 修正对μ子对撞机上的精确物理至关重要，即使在 10 TeV 这类中等能量下，它们也会显著改变可观测量，是标准模型检验与新物理探测的关键。