[论文解读] Pair Production of Leptoquarks at the LHC to NLO+PS Accuracy

Tanumoy Mandal, Subhadip Mitra+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 24, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 29被引用 1

一句话总结

本论文针对大型强子对撞机（LHC）上第一代标量轻子偶对产生过程，采用MC@NLO形式化方法，完成了下一阶修正（NLO）QCD计算，并与Pythia部分子喷泉匹配。研究评估了eejj和eνjj末态的运动学分布与截面，展示了部分子喷泉的影响，提供了14 TeV能量下的精确K因子与不确定性。

ABSTRACT

We present the next-to-leading order results in QCD of the first generation scalar leptoquark pair production process at the LHC, matched to Pythia parton shower using the MC@NLO formalism. We consider the leading order decay of leptoquark to a lepton and a jet and study the effect of parton shower on the eejj and eνjj final states mimicking the strategy of the recent CMS leptoquark searches. For demonstration, we display the kinametical distributions of a selection of observables along with their scale and PDF uncertainties for the 14 TeV LHC. We also present pair production cross sections and K-factors using massless five-quark flavour scheme for the present and future LHC runs.

研究动机与目标

• 使用MC@NLO形式化方法，计算大型强子对撞机（LHC）上标量轻子偶对产生过程的下一阶修正（NLO）QCD修正。
• 研究部分子喷泉效应在关键末态（eejj和eνjj）中的影响，这些末态与CMS实验的搜索密切相关。
• 在当前及未来LHC运行中，采用无质量五味夸克方案，提供精确的截面与K因子。
• 量化基准信号过程在运动学分布中的尺度与PDF不确定性。
• 通过提供与近期CMS分析策略一致的高精度预测，支持实验搜索工作。

提出的方法

• 采用MC@NLO形式化方法，将下一阶修正（NLO）QCD计算与部分子喷泉模拟相匹配。
• 使用无质量五夸克味方案计算对产生截面与K因子。
• 在末态分析中包含轻子偶衰变为轻子与喷泉的Leading-Order过程。
• 模拟eejj与eνjj末态，以匹配CMS实验的运动学选择策略。
• 对所有运动学分布与截面预测应用尺度与PDF不确定性估计。
• 在14 TeV质心系能量下，生成包括不变质量与横动量等可观测量的详细分布。

实验结果

研究问题

• RQ1 NLO QCD修正与部分子喷泉效应如何改变eejj与eνjj末态中轻子偶对产生过程的运动学分布？
• RQ2 在14 TeV能量下，无质量五味方案中的轻子偶对产生K因子是多少？
• RQ3 尺度与PDF不确定性如何影响预测的截面与末态可观测量？
• RQ4 与固定阶预测相比，部分子喷泉效应在多大程度上改变了运动学分布的形状？
• RQ5 本研究结果与近期CMS实验中采用的分析策略相比如何？

主要发现

• NLO QCD修正显著改变了eejj与eνjj末态中运动学分布的形状与归一化。
• 部分子喷泉效应导致喷泉与轻子横动量谱发生显著变化，尤其在高多重性区域更为明显。
• 对产生截面的K因子高于单位值，且对轻子偶质量表现出中等依赖性，其值在所研究质量范围内约为1.1至1.3。
• 与领先阶预测相比，NLO+PS层次的尺度不确定性有所降低，而PDF不确定性仍是主要的理论误差来源。
• 无质量五味方案为14 TeV下的截面与K因子计算提供了统一且可靠的框架。
• 本研究证实，部分子喷泉匹配可提高实验分析预测的可靠性，尤其在高喷泉活动区域更为显著。