[论文解读] QCD calculations for the LHC: status and prospects

Gudrun Heinrich|arXiv (Cornell University)|Oct 13, 2017

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 68被引用 10

一句话总结

本文综述了大型强子对撞机（LHC）的高精度量子色动力学（QCD）计算，重点讨论了下一阶下一微扰（NNLO）修正以及处理多部分子振幅中红外奇点的先进技术。文章介绍了二圈振幅计算的关键进展，包括使用改进的扇区残差法和胶子喷注减法，并报告了胶子融合过程中Higgs玻色子对产生在全顶夸克质量依赖下的NLO和NNLO完整预测，为LHC上新物理搜索的精确唯象学研究提供了支持。

ABSTRACT

We briefly review the status of high precision QCD predictions available for LHC processes, focusing on corrections beyond NLO and ways to make the latter available in a convenient format. As a phenomenological example we discuss the two-loop corrections to Higgs boson pair production in gluon fusion.

研究动机与目标

• 评估LHC过程在下一阶下一微扰（NLO）以上的高精度QCD预测的当前状态。
• 识别并解决计算NNLO QCD修正过程中的瓶颈问题，特别是双实辐射中红外奇点的分离。
• 通过引入全顶夸克质量效应和先进的减法方案，实现对关键LHC过程（如Higgs玻色子对产生）的精确唯象学预测。
• 全面概述实现标准模型预测下一代精度所必需的理论工具和计算方法。

提出的方法

• 利用胶子喷注减法和qT-减法，从NNLO双实辐射振幅中分离红外发散。
• 应用改进的扇区残差减法和投影到Born振幅技术，处理如顶夸克对产生等复杂多尺度振幅。
• 采用数值与解析技术处理二圈积分，包括使用SecDec和pySecDec对多尺度积分进行数值评估。
• 通过POWHEG方法将NLO QCD预测与部分子喷注结合，以确保微分分布的准确性。
• 通过二圈虚修正和实辐射振幅，将全顶夸克质量依赖性纳入Higgs玻色子对产生过程。
• 借助有效场论和软-胶子有效理论的洞见，指导减法方案的设计，提升对红外结构的处理能力。

实验结果

研究问题

• RQ1 在计算LHC过程的NNLO QCD修正时，当前存在哪些局限性，特别是在处理红外奇点方面？
• RQ2 不同减法方法（如胶子喷注减法、qT-减法、N-喷注角）在处理NNLO双实辐射时的性能如何比较？
• RQ3 全顶夸克质量依赖性对胶子融合过程中Higgs玻色子对产生的NLO和NNLO结果有何影响？
• RQ4 包含重粒子和非稳定粒子的二圈振幅如何贡献于Higgs玻色子和矢量玻色子产生过程的精确预测？
• RQ5 计算二圈五点振幅和螺旋度振幅的主要挑战是什么，目前如何应对？

主要发现

• 胶子喷注减法和qT-减法等减法方法的发展，使得对具有无色终态和最多一个喷注的过程实现了首个完全微分的NNLO预测。
• 通过改进的扇区残差减法，成功计算了NNLO的顶夸克对产生过程，证明了该方法在复杂过程中的可行性。
• Higgs玻色子对产生在NLO下的全顶夸克质量依赖性已成功实现，结果表明其与重顶近似相比存在显著修正。
• Higgs玻色子对产生在胶子融合过程中的NLO修正涉及包含新函数类（如椭圆积分）的二圈虚振幅，表明数学复杂性显著增加。
• 平面二圈五点积分和螺旋度振幅已成功计算，为实现多喷注和矢量玻色子产生过程的完整NNLO结果铺平了道路。
• 使用pySecDec和SecDec-3.0实现了对多尺度二圈积分的稳健数值评估，支持了Higgs玻色子和顶夸克物理中的唯象学应用。