[论文解读] NLO QCD + EW corrections to $WWW$ production with leptonic decays at the LHC

Shen Yong-Bai, Zhang Ren-You+3 more|arXiv (Cornell University)|May 2, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 40被引用 11

一句话总结

本文利用一种改进的窄宽度近似方法，计算了在大型强子对撞机（LHC）上通过轻子衰变产生的 $WWW$ 研究的NLO QCD和NLO电弱修正，该方法包含了自旋关联和有限宽度效应。研究发现，NLO QCD修正达28.19%，NLO电弱修正达15.15%，表明为实现精确预测，必须同时包含这两类修正，尤其是在施加硬胶子喷注抑制条件以改善尺度不确定性和微扰稳定性时尤为关键。

ABSTRACT

In this paper we calculate the next-to-leading order (NLO) QCD and NLO electroweak (EW) corrections to $WWW$ production with subsequent $W$-boson leptonic decays at the LHC by adopting an improved narrow width approximation which takes into account the spin correlation and finite width effects from the $W^{\pm}$-boson decays. The NLO QCD correction from gluon-quark reaction channels is discussed, which enhances significantly the NLO QCD correction in high energy region for the transverse momentum and invariant mass distributions of final particle. We provide also the integrated cross section for the $WWW$ production and various kinematic distributions of final products with NLO QCD+EW accuracy. We find by applying a hard jet veto in events selection, we can keep the convergence of the perturbative QCD description and improve the scale uncertainty. Our numerical results show that both the NLO QCD and NLO EW corrections should be considered in precision predictions. We see also that the genuine NLO QCD relative correction to the integrated cross section for $W^+W^-W^+$ production at the $14~{ m TeV}$ LHC, is $28.19\%$ in the jet veto condition of $p^{jet}_T > p^{jet,lower}_T=50~{ m GeV}$, while the pure NLO EW relative corrections can reach $15.15\%$ in inclusive event selection scheme.

研究动机与目标

• 计算大型强子对撞机（LHC）上通过轻子衰变产生的 $WWW$ 研究的NLO QCD和NLO电弱修正。
• 通过在 $W^\pm$-玻色子衰变中引入自旋关联和有限宽度效应，改进窄宽度近似方法。
• 评估硬胶子喷注抑制对微扰QCD收敛性和尺度不确定性的改善作用。
• 在NLO QCD+电弱精度下，提供积分截面和运动学分布的精确预测。
• 量化在 $\sqrt{s} = 14~\text{TeV}$ 条件下，$W^+W^-W^+$ 产生过程中QCD与电弱修正的相对大小。

提出的方法

• 采用一种改进的窄宽度近似方法，以考虑 $W^\pm$-玻色子衰变中的自旋关联和有限宽度效应。
• 通过固定阶QCD计算，从胶子-夸克初态通道计算NLO QCD修正。
• 通过包含全部费米子和规范玻色子贡献的一圈 amplitude，引入NLO电弱修正。
• 施加硬胶子喷注抑制条件，$p_T^{\text{jet}} > 50~\text{GeV}$，以抑制QCD辐射并提高微扰稳定性。
• 对积分截面和横动量及不变质量的微分分布进行数值计算。
• 在包含事件和喷注抑制事件选择方案之间进行比较，以评估尺度依赖性和收敛性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在高能区域，NLO QCD修正对 $WWW$ 产生过程（具有轻子衰变）的大小和结构如何，特别是来自胶子-夸克初态通道的贡献？
• RQ2 NLO电弱修正如何影响 $WWW$ 产生过程的积分截面和运动学分布？
• RQ3 施加硬胶子喷注抑制在多大程度上改善了 $WWW$ 产生过程的微扰收敛性并降低了尺度不确定性？
• RQ4 $W^\pm$-玻色子衰变中的自旋关联和有限宽度效应如何影响窄宽度近似的准确性？
• RQ5 在喷注抑制和包含条件下，$\sqrt{s} = 14~\text{TeV}$ 条件下 $W^+W^-W^+$ 产生过程中，NLO QCD与NLO电弱修正的相对大小是多少？

主要发现

• NLO QCD修正在高能区域增强了横动量和不变质量分布，尤其来自胶子-夸克初态通道的贡献显著。
• 在 $p_T^{\text{jet}} > 50~\text{GeV}$ 的喷注抑制条件下，$W^+W^-W^+$ 产生过程在 $14~\text{TeV}$ 能量下的积分截面NLO QCD相对修正为 $28.19\%$。
• 在包含事件选择方案中，纯NLO电弱修正达到 $15.15\%$，表明其对精确预测具有显著影响。
• 施加硬胶子喷注抑制可改善微扰收敛性并降低 $WWW$ 产生过程中的尺度不确定性。
• 为实现LHC上精确且可靠的预测，必须同时包含NLO QCD和NLO电弱修正。
• 改进的窄宽度近似方法，包含自旋关联和有限宽度效应，可确保对 $W$-玻色子衰变建模的更高精度。