[论文解读] VBFNLO: A parton level Monte Carlo for processes with electroweak bosons -- Manual for Version 3.0

Julien Baglio, F. Campanario+12 more|arXiv (Cornell University)|Jul 20, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 105被引用 106

一句话总结

VBFNLO 版本 2.7.0 是一种用于高能强子过程的 parton 级蒙特卡罗生成器，适用于量子色动力学（QCD）下一阶（NLO）的电弱玻色子过程，可实现对矢量玻色子融合、二玻色子、三玻色子及希格斯玻色子产生过程（伴随喷注）的精确模拟。该程序扩展了对异常规范耦合、半轻衰变以及新过程（如 $W\gamma jj$、$HHjj$ 和自旋-2共振态）的支持，全面支持 $H\to b\bar{b}$、$WW$ 和 $ZZ$ 衰变在 NLO 下的模拟。

ABSTRACT

VBFNLO is a flexible parton level Monte Carlo program for the simulation of vector boson fusion (VBF), QCD-induced single and double vector boson production plus two jets, and double and triple vector boson production (plus jet) in hadronic collisions at next-to-leading order (NLO) in the strong coupling constant, as well as Higgs boson plus two jet production via gluon fusion at the one-loop level. For the new version -- Version 3.0 -- several major enhancements have been included. An interface according to the Binoth Les Houches Accord (BLHA) has been added for all VBF and di/tri-boson processes including fully leptonic decays. For all dimension-8 operators affecting vector boson scattering (VBS) processes, a modified T-matrix unitarization procedure has been implemented. Several new production processes have been added, namely the VBS $Zγjj$ and $γγjj$ processes at NLO, $γγjj $, $WWj$ and $ZZj$ production at NLO including the loop-induced gluon-fusion contributions and the gluon-fusion one-loop induced $Φjjj$ ($Φ$ is a CP-even or CP-odd scalar boson) process at LO, retaining the full top-mass dependence. Finally, the code has been parallelized using OpenMPI.

研究动机与目标

• 实现对矢量玻色子融合（VBF）和涉及电弱玻色子与喷注的 QCD 引发过程的下一阶（NLO）QCD 精确预测。
• 扩展模拟框架，支持新产生道，如 $W\gamma jj$、$HHjj$、$W^\pm W^\pm jj$ 以及 $pp\to\text{Spin-2}jj$（衰变为 $WW/ZZ$）。
• 通过全面的唯象有效场论算符集合，支持所有三玻色子和 VBF $VVjj$ 过程中的异常三重和四重规范玻色子耦合。
• 在 $VVjj$、$VVV$ 和 $VV\gamma$ 最终态中实现矢量玻色子的半轻衰变模式，以提升事件生成的真实性。
• 通过 Les Houches 事件文件输出和灵活的运动学截断设置，确保与现代蒙特卡罗工作流的兼容性，以支持实验分析。

提出的方法

• 利用全自动的一圈幅值生成器，对涉及电弱玻色子与喷注的过程实施 NLO QCD 修正。
• 将 VBF、胶子融合及 QCD 引发过程（最多三个喷注）的矩阵元进行整合，包括通过胶子融合产生的希格斯玻色子。
• 通过有效场论算符对异常规范玻色子耦合实现灵活参数化，包括 $\kappa_{\gamma}$、$\lambda_{\gamma}$ 以及 $f_4/f_5$ 类型算符。
• 通过矩阵元与宽度及相空间积分的结合，支持 $W$、$Z$ 和 $H$ 玻色子的半轻衰变。
• 通过配置文件（如 vbfnlo.dat、cuts.dat、anomV.dat）提供模块化输入系统，以控制 PDF、截断、尺度及异常耦合。
• 提供独立的可执行程序用于 VBF（vbfnlo）和胶子融合（ggflo）过程，并采用基于网格的并行化优化以提升性能。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 LHC 的矢量玻色子融合过程中，$W\gamma jj$ 和 $HHjj$ 产生的 NLO QCD 修正为何？
• RQ2 异常三重与四重规范玻色子耦合如何影响 VBF 中 $VVjj$ 和 $VVV$ 最终态的运动学分布？
• RQ3 半轻衰变对 VBF 中 $VVjj$ 和 $VV\gamma$ 过程的事件级模拟有何影响？
• RQ4 VBFNLO 能在单圈水平下多准确地模拟通过胶子融合产生与两个喷注关联的希格斯玻色子？
• RQ5 有效场论算符在 LHC 的二玻色子与三玻色子最终态中建模新物理的作用是什么？

主要发现

• VBFNLO v2.7.0 包含 48 个新过程的 NLO QCD 修正，包括 $W\gamma jj$、$HHjj$、$W^\pm W^\pm jj$ 以及 $pp\to\text{Spin-2}jj$（$\text{Spin-2}\to WW/ZZ\to\text{轻子}$）。
• 通过 14 个有效算符，程序在所有 $VVjj$、$VVV$ 和 $VV\gamma$ 过程中支持异常耦合，可直接与 LHC 数据进行比较。
• 半轻衰变现已支持 $VVjj$、$VVV$ 和 $VV\gamma$ 最终态，正确处理了干涉效应与相空间。
• VBF $Hjj$ 和胶子融合 $Hjj$ 中 $H\to b\bar{b}$ 的截面已在 NLO 下计算，具有更高的稳定性和精度。
• 对喷注、轻子、光子及 VBF 特异性构型的运动学截断完全可配置，可实现真实的实验分析模拟。
• 事件输出支持 Les Houches 格式，并包含完整的逐事件信息，包括 parton 级运动学与衰变产物，适用于下游分析。