W+W-生产中的异常耦合：顶级质量效应与部分淋浴影响
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更新于2024-07-16
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本文主要探讨了在高能物理实验中对W+W-对产生过程pp→W+W-→e+νₑμ-νμμ的分析，特别是关注了异常耦合、顶夸克质量效应以及parton shower效应在这一过程中的影响。这项研究发表于《Journal of High Energy Physics》(JHEP)第5期(2016年)，是开放获取的，于2016年2月24日接收，4月8日修订，5月6日接受，并于5月17日正式发布。
研究的核心内容包括：
1. **NLO QCD计算**：作者们计算了在pp碰撞中W玻色子对的次级过程，采用的是Next-to-Leading Order (NLO)量子色动力学(QCD)框架，这是理论物理学中对于强相互作用的一个重要近似，可以更准确地描述实际物理事件的精确性。
2. **有效场论(EFT)**：作者引入了有效场论方法，特别是在八维维度上处理ggW+W-相互作用，这是在标准模型之外考虑新物理现象的一种手段，通过EFT可以探究可能存在的超出标准模型的额外耦合。
3. **矩阵元素与Herwig 7/M接线盒结合**：研究者将来自GoSam（用于生成高阶矩阵元素的软件）的NLO和EFT结果与Herwig 7/MC事件生成器集成，以便模拟parton shower过程，即粒子在高能碰撞后产生的连续辐射现象，这对于理解和预测实验数据中的多粒子行为至关重要。
4. **异常耦合的评估**：文章对比了异常耦合效应与顶夸克质量效应，这是实验中寻找新物理信号的重要指标。异常耦合是指那些超出了标准模型预测的额外力，它们可能会导致特定粒子间的非预期相互作用。
5. **不确定性分析**：作者还考察了重新归一化、因式分解以及硬淋浴尺度变化等因素对结果的影响，这些都是理论预测中的不确定性来源，对最终的物理解释和结果可靠性至关重要。
本文的研究成果不仅提供了对W+W-生产过程中复杂物理效应的深入理解，还为实验测量提供了理论基础，有助于在未来的高能物理实验中检测可能的新物理现象。同时，其结合了高精度的理论计算和实验模拟技术，展示了现代粒子物理学研究中的前沿方法。
JHEP05(2016)106
(a) (b) (c)
Figure 2. The three types of contributions to the squared matrix element.
Combining higher-order QCD corrections from L
SM
with the part containing the higher-
dimensional operators means that we are performing a simultaneous expansion in α
s
/2π
and in c
i
/Λ
4
. This requires a careful assessment of the relative importance of the various
terms in such an expansion and of the range of validity of the effective theory. We will
come back to this issue in section 3.
As in the SM the gg W
+
W
−
coupling is loop induced, we will calculate the following
contributions to the gg (→ W
+
W
−
) → e
+
ν
e
µ
−
¯ν
µ
cross section, depicted schematically in
figure 2:
σ
ggW W
∼ |M
1-loop
SM
|
2
+ 2 Re
M
1-loop
SM
M
∗
dim-8
+ |M
dim-8
|
2
. (2.7)
Note that the last term above is suppressed by 1/Λ
8
.
In the following we list the Feynman rules corresponding to the dimension-eight oper-
ators. All momenta are considered to be incoming:
p
µ
1
p
ν
2
p
ρ
3
p
σ
4
a
b
W
+
W
−
O
1
: 16i
c
1
Λ
4
δ
a,b
(p
ν
1
p
µ
2
− g
µν
p
1
· p
2
) (p
σ
3
p
ρ
4
− g
ρσ
p
3
· p
4
)
O
2
: 16i
c
2
Λ
4
δ
a,b
µνp
1
p
2
(p
ρ
4
p
σ
3
− g
ρσ
p
3
· p
4
)
O
3
: 16i
c
3
Λ
4
δ
a,b
ρσp
3
p
4
(p
ν
1
p
µ
2
− g
µν
p
1
· p
2
) (2.8)
2.3 Loop-induced processes in GoSam
The virtual amplitudes for the process pp (→ W
+
W
−
) → e
+
ν
e
µ
−
¯ν
µ
, as well as the spin- and
colour-correlated tree amplitudes, have been generated with the program
GoSam [56, 57], which is an automated package to generate one-loop amplitudes. It is
based on a Feynman-diagrammatic approach using Qgraf [65] and Form [66, 67] for
the diagram generation, and Spinney [68] and Form to produce optimised Fortran90
code. For the reduction of the one-loop amplitudes the user can choose between three
different reduction libraries (or a combination thereof): Ninja [69–71], Golem95 [72–74]
or Samurai [75, 76], where Samurai and Ninja are based on integrand reduction tech-
niques [77–80], while Golem95 uses tensor reduction [81] and tensorial reconstruction [80].
The default setup uses Ninja in combination with Golem95 as a rescue system for nu-
merically problematic phase-space points. The scalar basis integrals have been evaluated
using Golem95 and OneLOop [82]. We use the complex mass scheme [83] throughout
our calculation, which implies that a non-zero top quark width is included in the propaga-
tors forming the top quark loops. For numerical values of masses and widths we refer to
section 3.
– 5 –
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