[論文レビュー] High-order threshold corrections for top-pair and single-top production

Nikolaos Kidonakis|arXiv (Cornell University)|Sep 25, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 23被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、次に次に次に最小対数 (aN³LO) および次に次に最小対数 (aNNLO) の閾値間追跡技術を用いて、トップクォーク対およびシングルトップ生成の高精度な理論予測を提示する。全断面積、横運動量および迅速度分布、およびトップクォークの前向き・後方非対称性において、LHCおよびテバトロンの実験データと優れた一致を示し、13 TeV以降の実験測定と一致させるために高次のQCD補正が果たす重要な役割を明らかにする。

ABSTRACT

I present results for high-order corrections from threshold resummation to cross sections and differential distributions in top-antitop pair production and in single-top production. I show aN$^3$LO results for the total $t{\bar t}$ cross section as well as for the top-quark transverse momentum ($p_T$) and rapidity distributions, and the top-quark forward-backward asymmetry in $t{\bar t}$ production. I compare with the most recent Tevatron and LHC data, including at 13 TeV. I also present aNNLO results for cross sections and $p_T$ distributions in $t$-channel, $s$-channel, and $tW$-channel single-top production.

研究の動機と目的

• 高次のQCD補正を用いて、トップクォーク対およびシングルトップ生成の理論的精度を向上させること。
• 従来の理論的予測とテバトロンのトップクォーク前向き・後方非対称性に関するデータとの間にある乖離を解消すること。
• LHCおよびテバトロンのエネルギーにおける微分的分布（pT、迅速度）および全断面積について、正確な予測を提供すること。
• 固定順序展開による間接的断面積から得られる結果が、従来の間接的追跡パラダイムよりも優れていることを検証すること。
• 実験的不確実性が依然として大きな13 TeV LHCデータにまで理論的精度を拡張すること。

提案手法

• t¯t生成における近似N³LO (aN³LO) 補正を、NNLL閾値間追跡を用いて計算し、固定順序展開によりパラダイム依存性を回避する。
• すべての数値的結果にMSTW2008 NNLO parton distribution functions を使用する。
• シングルトップ生成に対しても同じ間接的追跡アプローチを適用し、tチャネル、sチャネル、tWチャネル過程のaNNLO結果を導出する。
• 間接的断面積をαsのべき級数に展開することで、最小パラダイムやその他のパラダイムに依存しない固定順序予測を得る。
• ATLAS、CMS、CDF、D0、およびテバトロンの7、8、13 TeVおよび1.96 TeVにおける実験データと理論的予測を比較する。
• 電弱補正および高次のQCD補正（αs⁵まで）を含む摂動的展開により、前向き・後方非対称性AFBを導出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 aN³LO 閾値補正は、LHCエネルギーにおけるt¯t全断面積の理論的予測をどのように改善するか？
• RQ2 aN³LO 補正は、長年の理論とテバトロンのデータとの間に存在するトップクォーク前向き・後方非対称性に関する乖離をどの程度解消するか？
• RQ3 t-、s-、およびtWチャネルにおけるシングルトップ生成断面積およびpT分布のaNNLO予測は、異なるチャネルおよび加速器エネルギーにおける実験データとどの程度一致するか？
• RQ4 固定順序展開による間接的断面積と従来の間接的追跡パラダイムとの比較において、理論的精度にどのような影響を与えるか？
• RQ5 13 TeVにおけるトップクォークの横運動量および迅速度の微分的分布はどのように変化するか？また、CMSおよびATLASのデータと比較するとどうなるか？

主な発見

• aN³LO による t¯t 全断面積の予測は、7、8、13、14 TeVのLHCデータと非常に良好に一致しており、最新の13 TeVにおけるCMSおよびATLASの測定結果も含めて一致する。
• aN³LO によるトップクォークの横運動量分布の予測は、8 TeVおよび13 TeVにおける二レプトンおよびレプトン＋ジェットチャンネルのCMSデータと優れた一致を示す。
• 8 TeVおよび13 TeVにおける正規化されたトップクォーク迅速度分布は、aN³LO理論と非常に良好に一致しており、13 TeVにおける大きな実験的不確実性が全体の整合性に影響しない。
• 1.96 TeVのテバトロンエネルギーにおけるpTおよび迅速度分布のaN³LO結果は、D0データと強く一致しており、高pT領域でも同様である。
• aN³LO QCD補正の組み込みにより、過去に存在したテバトロンの前向き・後方非対称性データとの乖離が解消され、1.96 TeVにおけるt¯tフレームで AFB = 10.0±0.6% が得られた。
• t-、s-、およびtWチャネルにおけるシングルトップ生成断面積およびpT分布のaNNLO予測は、1.96、7、8、13 TeVのエネルギー範囲で、ATLAS、CMS、CDF、D0のデータと良好に一致する。