[论文解读] Transverse-momentum resummation for vector-boson pair production at NNLL+NNLO

Massimiliano Grazzini, Stefan Kallweit+2 more|arXiv (Cornell University)|Jul 9, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 8

一句话总结

本文提出了在强子对撞中W+W−与ZZ矢量玻色子对产生过程的横动量（pT）分布的下一阶下一阶对数（NNLL）重求和，与下一阶下一阶固定阶计算一致匹配。该方法在pT谱的全范围内降低了理论不确定性，NNLL+NNLO预测显示pT截断效率比以往近似结果低至5%，显著提升了大型强子对撞机（LHC）分析的精度。

ABSTRACT

We consider the transverse-momentum ($p_T$) distribution of $ZZ$ and $W^+W^-$ boson pairs produced in hadron collisions. At small $p_T$, the logarithmically enhanced contributions due to multiple soft-gluon emission are resummed to all orders in QCD perturbation theory. At intermediate and large values of $p_T$, we consistently combine resummation with the known fixed-order results. We exploit the most advanced perturbative information that is available at present: next-to-next-to-leading logarithmic resummation combined with the next-to-next-to-leading fixed-order calculation. After integration over $p_T$, we recover the known next-to-next-to-leading order result for the inclusive cross section. We present numerical results at the LHC, together with an estimate of the corresponding uncertainties. We also study the rapidity dependence of the $p_T$ spectrum and we consider $p_T$ efficiencies at different orders of resummed and fixed-order perturbation theory.

研究动机与目标

• 通过结合横动量重求和与固定阶计算，提升大型强子对撞机（LHC）上矢量玻色子对产生过程的理论精度。
• 通过NNLL重求和与NNLO匹配，降低W+W−与ZZ末态pT谱中的理论不确定性。
• 为pT截断效率提供精确预测，该参数在希格斯玻色子与新物理搜索的背景估计中至关重要。
• 评估pT谱的快度依赖性，并验证重求和中尺度选择的一致性。
• 通过二圈螺旋幅值，为未来引入非本征态效应与轻子衰变提供可能。

提出的方法

• 采用NNLL重求和，对小pT区域中对数增强的软胶球发射进行重求和。
• 通过一致的匹配程序，将重求和结果与大pT区域有效的NNLO固定阶计算相匹配。
• 采用Q = mV作为重求和的尺度选择，并与动态尺度选择Q = M_VV/2进行比较，以评估尺度依赖性。
• 对全pT谱积分，以验证是否能恢复已知的NNLO总截面，作为交叉检验。
• 在大型强子对撞机（LHC）上进行数值研究，并对尺度变化带来的不确定性进行详细估计。
• 在微扰阶之间比较pT截断效率，以评估NNLL与NNLO修正的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 NNLL重求和与NNLO固定阶修正如何影响大型强子对撞机（LHC）上W+W−与ZZ对的pT谱？
• RQ2 NNLL+NNLO修正对pT截断效率的影响是什么？该参数是希格斯玻色子与新物理分析中的关键可观测量。
• RQ3 在包含NNLL+NNLO修正后，pT谱的快度依赖性如何变化？
• RQ4 不同的尺度选择（Q = mV 与 Q = M_VV/2）如何影响重求和结果的稳定性和准确性？
• RQ5 与低阶近似相比，NNLL与NNLO修正在多大程度上降低了理论不确定性？

主要发现

• 与低阶结果相比，NNLL+NNLO预测在pT谱的峰区与尾区均显著降低了由尺度变化引起的理论不确定性。
• NNLL+NNLO下的pT截断效率比文献[52]中CMS分析所用的近似NNLL+NLO结果低约5%，绝对减少3%。
• 在中心区域（|y| ≤ 2）pT谱的快度依赖性相对平坦，但在前向区域更软，尽管相空间抑制限制了其对总谱的总体影响。
• 固定尺度选择Q = mV的结果与动态尺度选择Q = M_VV/2一致，尤其在分布尾部表现良好。
• 对全pT谱积分后，NNLL+NNLO结果成功恢复了已知的NNLO总截面，验证了该框架的一致性。
• 同时包含NNLL重求和与NNLO修正对准确预测pT截断效率至关重要，因为两者的影响均不可忽略。