[论文解读] Weak radiative corrections to dijet production at the LHC

Stefan Dittmaier, Alexander Huss+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 26, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 4被引用 5

一句话总结

该论文计算了在LHC上二胶子喷注产生过程中，$\mathcal{O}(\alpha_s^2 \alpha)$阶的弱辐射修正，重点关注高能下萨沃伊科夫型对数增强效应。研究发现，由于$k_T$谱中萨沃伊科夫区域占主导，弱修正在横动量分布中的影响显著大于在不变质量分布中的影响，其中圈修正在$k_{T,1} = 1.5~\mathrm{TeV}$时达到$-6\%$，而树图与圈修正之间的抵消使得净修正减小至$\sim -3\%$。

ABSTRACT

We summarize the calculation of the weak corrections to dijet production at hadron colliders, comprising tree-level effects of O(α_sα,α^2) and loop corrections of O(α_s^2α). Although suppressed by the small value of the coupling constant α, the weak radiative corrections can become large in the high-energy domain due to the appearance of Sudakov-type and other high-energy logarithms. Generally the corrections to the transverse-momentum distributions are larger by approximately a factor of two compared to the corresponding reach in the invariant-mass distributions, because the invariant-mass distributions are not, unlike the k_T distributions, dominated by the Sudakov regime at high scales. The electroweak tree-level contributions are found to be of the same generic size as the loop corrections.

研究动机与目标

• 计算LHC上二胶子喷注产生的$\mathcal{O}(\alpha_s^2 \alpha)$阶弱辐射修正，这是此前尚未计算的电弱修正子集。
• 评估高能二胶子喷注末态中萨沃伊科夫型对数的影响，特别是对横动量和不变质量分布的影响。
• 量化树图电弱贡献与弱圈修正之间的相互作用，尤其是它们之间的抵消效应。
• 提供一个规范不变、定义明确的电弱修正子集，以便未来在高精度分析中与QED修正相结合。

提出的方法

• 该计算采用固定阶微扰QCD与电弱框架，重点研究来自虚物理弱玻色子交换及其与QCD振幅干涉的$\mathcal{O}(\alpha_s^2 \alpha)$修正。
• 通过QCD $\mathcal{O}(\alpha_s^2)$振幅与弱 $\mathcal{O}(\alpha)$振幅之间的干涉来计算虚修正，确保规范不变性。
• 通过排除QED贡献，隔离出纯粹的弱修正，形成一个为未来完整电弱修正中包含而明确定义的子集。
• 在 $\sqrt{s} = 14~\mathrm{TeV}$ 下，计算了二胶子喷注不变质量 $M_{12}$ 和领先喷注横动量 $k_{T,1}$ 的微分分布，使用部分子级矩阵元和PDFs。
• 分析区分了夸克-反夸克与胶子初态子过程的贡献，特别强调了 $t$-和 $u$-通道干涉在 $\mathcal{O}(\alpha_s \alpha)$ 项中的作用。
• 通过蒙特卡洛积分方法处理相空间和奇点，数值结果针对 $M_{12}$ 和 $k_{T,1}$ 分别给出至6 TeV和3 TeV。

实验结果

研究问题

• RQ1 LHC上二胶子喷注产生的$\mathcal{O}(\alpha_s^2 \alpha)$阶弱辐射修正有多大，特别是在高能区域？
• RQ2 为何弱修正在横动量分布中的影响大于在不变质量分布中？
• RQ3 树图电弱贡献与弱圈修正在总修正中相互抵消的程度如何？
• RQ4 与高$M_{12}$区域相比，萨沃伊科夫对数如何在高$k_T$区域增强弱修正？
• RQ5 夸克和胶子初态子过程在塑造弱修正结构中的相对重要性如何？

主要发现

• 在领先喷注横动量为 $k_{T,1} = 1.5~\mathrm{TeV}$ 时，弱圈修正达到约 $-6\%$，表明在高 $k_T$ 二胶子喷注末态中存在显著的电弱效应。
• 横动量分布的修正约为不变质量分布的两倍，这是由于 $k_T$ 谱中萨沃伊科夫区域占主导。
• 树图电弱贡献与圈修正大小相近但符号相反，导致总修正中出现显著抵消。
• 在 $M_{12} = 2~\mathrm{TeV}$ 时，修正小于高 $k_{T,1}$ 时，因为高 $M_{12}$ 尾部主要由瑞吉（前向）区域主导，而非萨沃伊科夫区域。
• 在 $\sqrt{s} = 14~\mathrm{TeV}$ 时，当 $k_{T,1} = 3~\mathrm{TeV}$，圈修正达到 $-11\%$，反映出对高能区域的更深入探测。
• $t$-和 $u$-通道图之间的 $\mathcal{O}(\alpha_s \alpha)$ 干涉项是树图电弱修正的主要来源，尤其在 $k_{T,1}$ 的中央区域。