[论文解读] Photoproduction of W Bosons at HERA: Reweighting Method for implementing QCD Corrections in Monte Carlo Programs

Kai-Peer O. Diener, C. Schwanenberger+1 more|ArXiv.org|Feb 25, 2003

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 5

一句话总结

本文提出一种重加权方法，用于在HERA的W玻色子光致产生过程中实现NLO QCD修正。通过结合解析的NLO截面与LO蒙特卡罗事件样本，该方法在有限和小横动量区域均实现了精确修正，将理论不确定度从LO的~30%降低至NLO的~10%。

ABSTRACT

A procedure of implementing QCD corrections in Monte Carlo programs by a reweighting method is described for the photoproduction of W bosons at HERA. Tables for W boson production in LO and NLO are given in bins of the transverse momentum of the W boson and its rapidity.

研究动机与目标

• 通过应用NLO QCD修正，减少HERA中W玻色子光致产生模拟的理论不确定度。
• 开发一种实用方法，将NLO QCD修正整合到现有的LO蒙特卡罗程序中，而无需对完整事件生成进行重加权。
• 通过使用总截面重加权，解决低横动量区域中胶子与夸克的共线和红外发散问题。
• 为直接和分辨光致产生的不同W玻色子横动量与快度区间提供重加权因子的表格。

提出的方法

• 针对W玻色子的有限和小横动量区域分别应用重加权，基于解析的NLO计算。
• 对于 $p_{t,W} > 10$ GeV 的区域，使用NLO直接与LO分辨截面之比，对LO蒙特卡罗截面在 $p_{t,W}$ 和 $y_W$ 区间内进行重加权。
• 对于 $p_{t,W} < 5$ GeV 的区域，由于发散问题，重加权基于重整化后的总截面，使用积分的NLO与LO截面。
• 该方法使用文献[3]中的分箱平均微分截面，适用于 $p_{t,W} \to 105$ GeV 和 $y_{W,cms} \to \text{--}1.375$ 到 $1.375$，分箱宽度为 $\Delta p_{t,W} = 10$ GeV 和 $\Delta y_W = 0.25$。
• 通过将强子末态整体处理，避免与部分子喷射效应产生重复计数。
• 附录中提供了在 $E_p = 820$ 和 $920$ GeV 下，$e^+p$ 和 $e^-p$ 散射中 $W^+$ 和 $W^-$ 产生的重加权因子表格。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在HERA的W玻色子光致产生现有LO蒙特卡罗程序中，高效且准确地实现NLO QCD修正？
• RQ2 NLO QCD修正对W玻色子产生微分截面（作为横动量与快度函数）的影响是什么？
• RQ3 在低 $p_{t,W}$ 区域应用NLO修正时，如何处理共线与红外发散问题？
• RQ4 与LO预测相比，NLO修正在W玻色子光致产生中将理论不确定度降低了多少？

主要发现

• 在 $\mu_R = \mu_F = M_W$ 条件下，NLO QCD修正使直接光致产生的截面变化为 $\pm(10{-}15)\%$，对微分分布的畸变极小。
• 对于 $p_{t,W} > 10$ GeV，该重加权方法在分箱波动小于2%的情况下实现高精度，适用于逐事件修正。
• 在分辨光致产生通道中，NLO修正使LO截面在 $\mu_R = \mu_F = M_W$ 条件下增加约40%，显著影响总产生率。
• 在所有 $p_{t,W}$ 区域，理论不确定度从LO的~30%降低至NLO的~10%，显著提升了W玻色子产生模拟的精度。
• 对于 $p_{t,W} < 5$ GeV，重加权因子基于总截面：使用 $\sigma_{\text{res}}^{\text{NLO}}(p_{t,W}<5\text{ GeV})$ 对LO蒙特卡罗样本进行修正。
• 提供了在 $E_p = 820$ 和 $920$ GeV 下，$e^+p$ 和 $e^-p$ 散射中 $W^+$ 和 $W^-$ 产生的重加权因子表格，其数值范围为 $10^{-13}$ 到 $10^{-4}$ pb/GeV。