[論文レビュー] Higher-order corrections to top-antitop pair and single top quark production

Nikolaos Kidonakis|ArXiv.org|Aug 31, 2009

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 16被引用数 16

ひとこと要約

本稿では、TeVatronおよびLHCにおけるトップ反トップクォーク対およびシングルトップクォーク生成における高次のQCD補正を提示する。軟光子補正をNLLおよびNNLL精度で再結合することで理論的断面積を改善し、全断面積および微分断面積において近似的にNNLOおよびNNNLOの精度に到達する。これによりスケール依存性が顕著に低減され、特にしきい値近傍の断面積およびトップクォークの横方向運動量分布において実験データとの整合性が向上する。

ABSTRACT

I present the latest results on the theoretical cross section for top-antitop pair production as well as for single top production at the Tevatron and the LHC. The calculations include higher-order soft-gluon corrections which are dominant near threshold. The top quark transverse momentum distribution is also presented.

研究の動機と目的

• 高次のQCD補正を組み込むことで、トップクォーク対およびシングルトップクォーク生成の理論的予測を改善すること。
• しきい値近傍における主要な軟光子補正を再結合することで、断面積予測における理論的不確実性を低減すること。
• 正確な運動量構成に敏感な完全微分断面積を提供すること。これには横方向運動量分布が含まれる。
• 複数のパートン分布関数（PDF）およびトップクォーク質量の違いが断面積予測に与える影響を評価すること。
• tチャネル、sチャネル、tWチャネルのシングルトップ生成チャンネルを、近似的にNNNLO精度まで拡張すること。

提案手法

• イケオナル近似を用いた軟光子再結合により、NLLおよびNNLL精度での補正を計算する。
• 1ループおよび2ループ計算を適用し、トップ対生成におけるNNLL精度を達成する。
• 再結合された断面積を展開することで、近似的にNNLOおよびNNNLO断面積を導出する。
• 微分的結果を正確なNLO計算にマッチングさせ、運動量分布における一貫性を保証する。
• 微分的レベルでの計算を実施し、横方向運動量およびその他の分布に対する高精度な予測を可能にする。
• MRST 2006、CTEQ6.6M、MSTW 2008の複数のPDFセットを用いて、PDF依存性および不確実性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高次の軟光子補正は、TeVatronおよびLHCにおけるトップ反トップクォーク対生成の全断面積にどのように影響するか？
• RQ2 NNLO補正は、トップクォーク対生成断面積のスケール依存性をどの程度低減するか？
• RQ3 トップクォークの横方向運動量分布は、NLOから近似的にNNLOに至る過程でどのように変化するか？
• RQ4 近似的にNNNLO精度において、異なるシングルトップ生成チャネル（t、s、tW）の相対的寄与は何か？
• RQ5 トップクォーク質量およびPDFセットの変動が、理論的予測の精度に与える影響は何か？

主な発見

• TeVatron（1.96 TeV）におけるトップ対生成では、172 GeVのトップクォークに対して、近似的にNNLO断面積はMRSTで7.80 pb、CTEQ6.6Mで7.39 pb、MSTW 2008で7.24 pbであり、NLOに比べてスケール依存性が顕著に低減されている。
• LHC（14 TeV）では、172 GeVのトップクォークに対して、近似的にNNLO断面積はMRSTで968 pb、CTEQ6.6Mで919 pb、MSTW 2008で943 pbであり、顕著な増幅と不確実性の低減が見られる。
• LHC（7 TeV）では、172 GeVのトップクォークに対して、近似的にNNLO断面積はMSTW 2008で170 ± 10 pbであり、実験測定値と良好に一致している。
• トップクォークの横方向運動量分布は、NNLOにおいてNLOに比べて強化されており、形状の変化は最小限に抑えられている。これにより高次の補正の重要性が裏付けられている。
• TeVatronにおけるシングルトップ生成では、tチャネルが1.07 pb（172 GeV）で支配的であり、次にsチャネルが0.54 pb、tW生成が0.11 pbであり、いずれも近似的にNNNLO精度で評価されている。
• LHCではtチャネルが数値的に支配的であり、tW生成が断面積で2番目に大きいが、sチャネルは運動量的制限により相対的に小さい。