QCD, radiative corrections, jets, NLO parton shower
Discipline
Physics (Council of Physical Sciences)
100 %
Panel
Physics 1
Department or equivalent
Theoretical nuclear physics research group (HUN-REN Institute for Nuclear Research)
Participants
Kunszt, Zoltán Nagy, Zoltán Somogyi, Gábor
Starting date
2006-02-01
Closing date
2010-07-31
Funding (in million HUF)
8.797
FTE (full time equivalent)
10.00
state
closed project
Summary in Hungarian
A javasolt kutatás célja, hogy az alapvető kölcsönhatások Standard Modellje (SM) spontán szmmetriasértésének (SSB) kísérleti felfedezéséhez, valamint az eddig nem ismert részecskefizikának a jövő gyorsítóin való felfedezéséhez szükséges elméleti eszköztárat (számítógépes szimulációs programokat) továbbfejlesszük. A várakozások szerint az SM-beli SSB-ért felelős Higgs részecskét az épülő Nagy Hadrongyorsítón (LHC) fel fogják fedezni. Az új fizikára utaló kísérleti bizonyíték vagy közvetlenül felfedezett új részecske, vagy pedig ha a részecske tömege az LHC által elérhető kinematikai tartományon túl van, akkor a részecskék hatásának kimutatása a kvantumfluktuációkban. A felfedezés mindkét esetben a részecskefizikai kísérletekben mérhető fizikai mennyiségek (hatáskeresztmetszetek) pontos elméleti előrejelzését kívánja. A pontosság követelménye két különböző, egymást kiegészítő elméleti kutatást kíván: fokoznunk kell az elméleti becslések pontosságát -- azon folyamatok esetén, amelykre csak a vezető rendű számítás ismert, az első (NLO), néhány alapvető folyamat eseténpedig a második (NNLO) -- sugrázási korrekciók kiszámításával. Mindkét kutatási irányt folytatni kívánjuk azáltal, hogy kifejlesztjük (i) az NNLO korrekciók számításának elméletét, és alkalamzzuk vektorbozonok hadrokeltésére; (ii) az egyhurok amplitudók számításának numerikus módszerét; (iii) egy NLO partonzápor Monte Carlo programot.
Summary
The goal of the proposed research is to develop further the theoretical tools needed to explore spontaneous symmetry breaking (SSB) in the Standard Model (SM) of particle interactions and uncover as yet unknown physics at present and future high-energy experiments. The Higgs particle, assumed to be responsible for SSB in the SM, is expected to be found at the Large Hadron Collider (LHC). Evidence of new physics includes either directly detected new particles, or if the masses of the new particles are beyond the kinematic limit of the LHC, one looks for effects in quantum fluctuations. In both cases, the discovery requires precise predictions of quantities (cross sections) that can be measured in high energy experiments. The requirement for precision call for two different but complementary directions of theoretical work: (i) one should increase the accuracy of theoretical predictions by computing radiative corrections at the next-to-leading order (NLO) for processes with higher multiplicity, where the NLO corrections are yet unknown and at the next-to-NLO (NNLO) for the most basic processes; (ii) we need to improve the predictions for processes with many particles in the final state. We plan to pursue both lines in the proposed research, by developing (i) a method of computing NNLO corrections and applying it to the case of vector-boson production; (ii) a method of computing one-loop amplitudes numerically; (iii) by developing a NLO parton shower Monte Carlo approach.
Final report
Results in Hungarian
Nem pontosan a terveknek megfelelően, mégis nemzetközileg elismert
eredményeket értünk el a QCD két területén: a sugárzási korrekciók
számításában és a Monte Carlo partonzápor programokban.
Sugárzási korrekciók számítása
Teljesen numerikus eljárást dolgoztunk ki egyhurok QCD amplitúdók
számolására, és elsőként számítottuk ki az N-foton (N = 4,6,8)
amplitúdókat. Fél-automatikus eljárást fejlesztettünk ki parton szintű
súlyozatlan események generálásához, amelyekre közvetlenül lehet
partonzápor programot alkalmazni. Ezzel a módszerrel a t tbar és
a t tbar + jet keletkezésnek hadron szintű hatáskeresztmetszeteit
számítottuk ki, amelyek az első sugárzási korrekciókat pontosan
visszaadják az erős csatolás szerinti sorfejtésben. Kifejlesztettük
a második QCD sugárzási korrekciók számításának általános
elméletét. Duplán feloldatlan tagok kivételével az összes levonási
tagot integráltuk a feloldatlan partonok faktorizált fázisterén.
Monte Carlo partonzápor programok
Rekurziós egyenleteket írtunk fel, amelyek segítségével vezető rendű
partonzáport lehet generálni hadronütközésekben. Az eljárás újszerűsége
abban áll, hogy figyelembe veszi a különböző amplitúdók közötti
interferencia tagokat akkor, amikor azoknak vezető rendű lágy,
vagy kollineáris szingularitása van. Figyelembe veszi az elsődleges
kölcsönhatásban keletkező partonok szín és spin korrelációit is.
Results in English
Although not precisely as planned, we made internationally
recognized progress in two main areas of QCD: exact higher
order computations and Shower Monte Carlo programs.
Exact higher order computations
We developed a completely numerical approach to computing
one-loop QCD amplitudes and for the first time we computed
N-photon (N=4,6,8) amplitudes numerically.
We devised a semi-automatic approach to generate
unweighted Monte Carlo events at the parton level that can be
interfaced with shower programs. Using this method, we
produced predictions for the hadron level cross section of t tbar
and t tbar + jet hadroproduction which are correct up to next-to-
leading order accuracy upon expansion in the strong coupling.
We presented a general subtraction scheme for computing QCD
jet cross sections at next-to-next-to-leading order accuracy. We
integrated the subtraction terms over the factorised phase space
of the unresolved partons except the doubly-unresolved subtractions.
Shower Monte Carlo programs
We specified recursive equations that can be used to generate
a lowest order parton shower for hard scattering in hadron-hadron
collisions. The novelty of the approach is that it incorporates
quantum interference between different amplitudes in those
cases in which the interference diagrams have leading soft or
collinear singularities. It also incorporates the color and spin
information carried by partons emerging from a hard interaction.
Vittorio Del Duca, Gabor Somogyi, Zoltan Trocsanyi: Cross sections at NNLO, Proceedings of 14th International Workshop on Deep Inelastic Scattering, 2007
G. Zanderighi, G. Rodrigo, M. Treccani, G. Somogyi: Higher-order calculations, Proceedings of HERA and the LHC: 2nd Workshop on the Implications of HERA for LHC Physics 132-154, 2009
Gabor Somogyi, Paolo Bolzoni, Zoltan Trocsanyi: NNLO jet cross sections by subtraction, Proceedings of Loops and Legs in quantum field theory, 2010, 2010
Adam Kardos, Costas Papadopoulos, Zoltan Trocsanyi: POWHEG-HELAC:NLO t-tbar production with parton showering, preprint beküldve a Phys. Lett. B-hez, 2010
