13. Процессы Дрелла-Яна

    На адронных коллайдерах процессы Дрелла-Яна (Drell-Yan, DY), отвечающие древесным диаграммам с обменом виртуальным фотоном или Z бозоном в s-канале, приводят к рождению пар е⁺е^- в широкой области инвариантных масс m_ее. Дифференциальное сечение dσ/dm_ее описывается в пертурбативной квантовой хромодинамике расчетами на уровне высоких порядков  (NNLO). Этот процесс удобен для измерений благодаря простому представлению конечного состояния и низкому фону. Измерение этого сечения позволяет осуществить прецизионную проверку теории.  Дифференциальное сечение dσ/dm_ее чувствительно также к функции распределения партонов в протоне, особенно к недостаточно известному распределению антикварков при больших значениях х, где х на уровне лидирующих диаграмм соответствует части импульса протона, который несет взаимодействующий партон. Кроме того, рождение DYе⁺е^- пар служит фоном при измерении многих процессов Стандартной модели и может быть модифицировано процессами новой физики.
`Измерение дифференциального сечения dσ/dm_ее в эксперименте ATLAS выполнено в рр соударениях при энергии 7 ТэВ на интегральной светимости 4.9 фб^-1  для широкого интервала масс пар е⁺е^- от
116 ГэВ до 1.5 ТэВ [1]. Кинематическая область включает электроны и позитроны с  поперечными импульсами р_Т более 25 ГэВ/с и значениями псевдобыстроты |η| < 2.5. Измерения полного и дифференциального сечений для области масс m_ее  66-116 ГэВ, отвечающее рождению Z бозона, было выполнено на меньшей интегральной светимости 35 фб^-1 данных 2010г. [2]. Поиск эффектов новой физики в распределении по массам DY электронов  m_ее  при больших m_ее  был проведен в [3-5], где никаких отклонений от предсказаний СМ не было обнаружено. Результаты, полученные в [1], наиболее полно включают методические поправки эксперимента и обобщают результаты предшествующих работ [3-5]. 
    На рис.13.1 приведен спектр инвариантных масс m_ее  в сравнении с предсказаниями Монте Карло генераторов для сигнала и фона [1].
    На рис.13.2 показано дифференциальное сечение dσ/dm_ее на массовой поверхности в сравнении с предсказаниями Монте Карло генераторов PYTHIA, MC@NLO, SHERPA. Все генераторы, предсказания которых нормированы на количество найденных событий, хорошо согласуются с измеренным спектром. Выполнено также сравнение спектров на Борновском уровне с расчетами NNLOс использованием FEWZ 3.1 с  различными структурными функциями PDF. Данные согласуются со всеми использованными PDF, но находятся систематически выше расчетных кривых.  

Рис.13.1. Спектр инвариантных масс m_ее  электронов и позитронов с  поперечными импульсами
р_Т > 25 ГэВ/с и значениями псевдобыстроты |η| < 2.5 в сравнении с предсказаниями Монте Карло генераторов для процесса DYZ/γ*→e⁺e^- и фоновых процессов  [1] .

Рис.13.2. Измеренное дифференциальное сечение dσ/dm_ее для области электронов р_Т > 25 ГэВ/с и 
 |η| < 2.5 на массовой поверхности с включением всех неопределенностей. В нижней части рисунка приведено сравнение с модельными предсказаниями генераторов PYTHIA (х1.23), MC@NLO (х1.08), SHERPA (х1.39). Для сравнения с расчетами использованы масштабные коэффициенты, приведенные в скобках, отвечающие нормировке на число событий.

Литература к разделу 13

1. Measurement of the high-mass Drell-Yan differential cross-section in pp collisions at sqrt(s)=7 TeV, ATLAS Collaboration, Phys.Lett.B 725 (2013) 223
2. A measurement of the inclusive W+/- and Z/gamma* cross sections in the e and mu decay channels in pp collisions at sqrt(s) = 7 TeV with the ATLAS detector, ATLAS Collaboration, Phys. Rev.D 85 (2012) 072004
3. Search for Dilepton resonances in pp collisions at √s = 7 TeV with the ATLAS Detector,  ATLAS Collaboration, Phys. Rev. Lett. 107 (2011) 272002
4. Search for high-mass resonances decaying to dilepton final states in pp collisions at √s = 7 TeV with the ATLAS Detector, ATLAS Collaboration, JHEP 1211 (2012) 138
5. Search for contact interactions and large dimensions in dilepton events from pp collisions at √s = 7 TeV with the ATLAS Detector, ATLAS Collaboration, Phys. Rev.D 87 (2013) 015010