[论文解读] RG-improved Prediction for 750 GeV Resonance Production at the LHC

Xiaohui Liu, Hong Zhang|arXiv (Cornell University)|Mar 23, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 9

一句话总结

该论文利用软-喷注有效场论（SCET）将阈值增强的QCD修正重求和至近似双对数（NNLL）精度，提出了对LHC上750 GeV共振态产生的重整化群（RG）改进预测。在13–14 TeV能量下，K因子为1.56；在8 TeV下为1.63，显著增强了由部分子分布函数和π²增强项引起的阈值效应带来的领先阶（LO）预测结果。

ABSTRACT

We present a renormalization-group (RG) improved prediction for $750$ GeV heavy state production recently seen as the diphoton excess at the LHC. Due to the universality of QCD feature in the threshold region, our result provides reasonable estimate of the K-factor for most existing leading order predictions, independent of the specific nature of the resonance. We consider specifically the spin-$2$ warped Kaluza-Klein graviton model to highlight our calculation. We performed soft gluon resummation near threshold at next-to-next-to-leading logarithmic (NNLL) accuracy together with resumming enhanced corrections from a towers of $π^2$ due to analytic continuation. We find the resummation effects are significant. When matching our resummed result to next-to-leading order calculation, we find our improved predictions exceed the leading fixed-order results by about $56\%$ ($K=1.56$) for the LHC energies at 13 TeV and 14 TeV, and about $63\%$ ($K=1.63$) for 8 TeV.

研究动机与目标

• 为解决影响LHC上750 GeV共振态产生过程的较大高阶QCD修正，特别是由于接近部分子阈值而产生的阈值效应。
• 利用软-喷注有效场论（SCET）提供一种模型无关的、基于重整化群（RG）改进的750 GeV共振态产生K因子预测。
• 量化软胶子重求和与π²增强修正对自旋-2翘曲Kaluza-Klein引力子产生截面的影响。
• 为其他接近750 GeV的自旋-0或自旋-2共振态提供不依赖于具体模型细节的高阶修正可靠估计。
• 将NNLL重求和结果与下一阶（NLO）计算匹配，以提高共振态搜索的理论精度。

提出的方法

• 采用软-喷注有效场论（SCET）系统地重求和接近共振质量的质心系能量附近的阈值增强QCD修正。
• 通过复平面上的解析延拓，对软胶子发射和π²增强项实现近似双对数（NNLL）重求和。
• 利用重整化群（RG）对强、软和喷注函数的演化，重求和阈值变量z = m²₁/ŝ的大对数项。
• 使用演化函数S(μf, μi)、AΓ(μf, μi)以及强、软和cusp函数的异常维数γH、γs和Γ计算重求和截面。
• 通过一致的因子化方案将重求和结果与下一阶（NLO）计算匹配，确保在所有能量尺度上的准确性。
• 将该框架应用于自旋-2翘曲Kaluza-Klein引力子模型，其相互作用由包含SM应力张量和尺度Λ的有效拉格朗日量描述。

实验结果

研究问题

• RQ1 由于阈值效应，高阶QCD修正对LHC上750 GeV共振态产生截面的影响有多大？
• RQ2 软胶子重求和与π²增强项在多大程度上改变了750 GeV共振态产生的领先阶预测？
• RQ3 当应用NNLL重求和时，750 GeV共振态产生的K因子是多少？与固定阶结果相比如何？
• RQ4 该RG改进预测能否推广至其他接近750 GeV的自旋-0或自旋-2共振态，而不论其具体耦合结构如何？
• RQ5 重求和修正如何影响13 TeV和8 TeV处观察到的二光子过剩的理论不确定性和解释？

主要发现

• 在13–14 TeV LHC能量下，NNLL重求和预测使领先阶截面增加约56%，K因子为1.56。
• 在8 TeV下，重求和结果比LO预测高出约63%，对应K因子为1.63，这是由于在较低质心系能量下阈值效应更强所致。
• 重求和效应显著，主要由软胶子发射和π²增强项驱动，这些项通过复平面上的解析延拓被精确捕捉。
• K因子对接近750 GeV的自旋-0和自旋-2共振态具有普适性，使该结果适用于广泛的超越标准模型模型。
• RG改进预测提供了高阶修正的稳健估计，降低了理论不确定性，并改善了对共振态耦合的约束。
• 通过与NLO计算的匹配验证了结果的一致性与可靠性，确认了在微扰展开各阶之间的一致性。