[论文解读] Threshold and jet radius joint resummation for single-inclusive jet production

S. Moch, E. Eren+3 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2018

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 4

一句话总结

本文利用有效场论（SCET）对单个含单个喷注产生过程中的阈值与喷注半径对数项进行了联合重求和，达到了下一阶对数（NLL）精度。与固定阶的NNLO预测相比，该方法显著提高了与CMS在√s = 8 TeV下LHC数据的一致性，尤其体现在降低了尺度不确定性，并在中等至大横动量区域准确捕捉了主导的辐射修正。

ABSTRACT

The QCD predictions for single-inclusive jet production are computed with joint resummation of threshold and jet radius logarithms. The results are compared to those based on fixed order perturbation theory up to next-to-next-to-leading order and to data by the CMS collaboration measured in proton-proton collisions at the LHC at $\sqrt{S}=8$ TeV. The joint resummation results are in remarkable agreement with the data.

研究动机与目标

• 解决固定阶QCD预测在单个含单个喷注产生过程中收敛性差和尺度不确定性大的问题。
• 系统性地重求和来自阈值（pT → ∞附近）和小喷注半径（R ≪ 1）区域的大对数项。
• 通过在统一框架中结合两种对数增强效应的重求和，改进喷注截面的理论预测。
• 利用CMS合作组在√s = 8 TeV下的实验数据，验证联合重求和的有效性。
• 证明固定阶NNLO预测中的缺陷无法仅通过PDF或αs拟合来解决，必须引入重求和。

提出的方法

• 使用软-胶子有效场论（SCET）将部分子截面分解为硬函数、全局软函数、软-胶子函数和喷注函数。
• 通过跑动方程将所有函数从其自然尺度演化到统一的硬尺度µ = pT,max。
• 通过各自跑动方程演化硬函数、软函数和喷注函数，实现NLL精度下的联合重求和。
• 通过σNLO+NLL = σNLO − σNLOsing + σNLL将重求和结果与固定阶NLO匹配，避免重复计数。
• 在现象学比较中采用CT14 PDF集（NNLO精度），并设定µR = µF = pT,max作为尺度选择。
• 在多个快度区间内使用χ²/dof和理论与数据比值作为关键诊断工具，对结果进行CMS数据验证。

实验结果

研究问题

• RQ1 阈值与喷注半径对数项的联合重求和能否降低单个含单个喷注产生中的尺度不确定性？
• RQ2 阈值与小-R对数项在塑造喷注横动量谱方面如何竞争？
• RQ3 与固定阶NNLO预测相比，NLO + NLL重求和在多大程度上改善了与LHC数据的一致性？
• RQ4 NNLO预测中的缺陷是由于缺失高阶修正，还是PDF/αs参数化限制所致？
• RQ5 联合重求和效应在不同快度区间和不同喷注锥大小下是否依然稳健？

主要发现

• NLO + NLL联合重求和结果将χ²/dof从NNLO的229/157降低至154/157，显著改善了与CMS数据的一致性。
• 在0.0 ≤ |y| < 0.5快度区间，χ²/dof从NNLO的55/33降至NLO + NLL的39/33，表明对数据的描述更优。
• 联合重求和结果在所有快度区间均与数据高度一致，尤其在中等至大横动量区域表现突出。
• 即使在R = 0.7时，小-R重求和效应仍占主导修正作用，而阈值重求和仅在极高横动量区域变得重要。
• 该改进在不同PDF集下均保持稳健，且无法通过调整PDF或αs消除，表明重求和的必要性。
• NLO + NLL的尺度不确定性仍较大，表明未来需开展NNLL级重求和以进一步稳定预测。