[論文レビュー] Next-to-Leading-Order Corrections to Weak Boson Production with a Massive Quark Jet Pair at Hadron Colliders

F. Febres Cordero|ArXiv.org|Sep 23, 2008

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 85被引用数 6

ひとこと要約

この論文は、ハドロン衝突装置におけるW/Zボソンと質量を持つb-b̄クォーク対の連関生成に対する次-leading-order量子色力学補正を提示し、有限のボトムクォーク質量効果を組み込んでいる。これは、先行的計算と比較してスケール依存性が顕著に低減されることを示しており、質量ゼロのクォーク近似と比較して、低インバリアント質量領域で顕著なずれが生じることを明らかにしている。これは、精度の高いヒッグス粒子およびトップクォーク物理学の探索において重要である。

ABSTRACT

We present the calculation of Next-to-Leading-Order Quantum Chromo Dynamics corrections for the production of a W or Z weak boson associated with a bottom anti-bottom quark pair at hadron colliders (p anti-p, pp to W/Z b anti-b), including the effects of a non-zero bottom-quark mass. We find a considerable reduction of the renormalization and factorization scale dependence of our results with respect to Leading-Order calculations. In particular, we study the impact of the corrections on the total cross section and invariant mass distributions of the bottom anti-bottom quark pair at the Fermilab Tevatron collider. We perform a detailed comparison with a calculation that considers massless bottom quarks and find significant deviations in regions of phase space with small invariant mass of the bottom anti-bottom quark pair. Our results will be relevant to ongoing and future searches at hadron colliders, as the W/Z b anti-b production mode is the main background to important signals, such as light Standard Model Higgs boson production or single top-quark production.

研究の動機と目的

• ハドロン衝突装置における質量を持つb-b̄クォーク対を伴うW/Zボソン生成に対する次次-leading-order QCD補正を計算すること。
• 全断面積およびインバリアント質量分布に及ぼす有限ボトムクォーク質量の影響を評価すること。
• 質量ゼロのクォーク近似と比較し、低インバリアント質量領域における顕著なずれを特定すること。
• テバトロンおよびLHCにおけるヒッグス粒子探索およびシングルトップクォーク探索の主要なバックグラウンドの理論的精度を向上させること。
• ハドロン衝突装置におけるトップクォークおよびヒッグス物理学の高精度な素性物理学的フレームワークを提供すること。

提案手法

• ハドロン衝突装置における過程 p p̄ → W/Z + b + b̄ に対して、完全に解析的なNLO QCD補正を計算した。
• 質量ゼロのクォーク近似を避けるために、計算全体にわたり有限のボトムクォーク質量効果を組み込んだ。
• 次元正則化および't Hooft-Veltmanスキームを用いて、紫外・赤外発散を処理した。
• フェルミラブ・テバトロンにおける全断面積およびb-b̄インバリアント質量分布の数値的評価を実施した。
• 有限クォーク質量の影響を分離するために、質量ゼロクォーク計算と結果を比較した。
• 理論的不確実性の低減を評価するために、規格化および因子化スケールの依存性を分析した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 有限ボトムクォーク質量効果は、NLOにおけるW/Z + b-b̄生成の全断面積にどのように影響するか？
• RQ2 NLO QCD補正は、先行的予測と比較して、断面積のスケール依存性をどの程度低減するか？
• RQ3 b-b̄インバリアント質量スペクトルにおいて、質量を持つと質量ゼロのクォーク計算との間に顕著なずれが現れる領域はどこか？
• RQ4 これらの補正は、ヒッグス粒子およびトップクォーク探索におけるW/Z + b-b̄のバックグラウンドの信頼性にどのように影響するか？
• RQ5 有限クォーク質量は、低インバリアント質量領域における運動量分布にどのような定量的影響を及ぼすか？

主な発見

• 有限ボトムクォーク質量の取り入れにより、先行的結果と比較して、規格化および因子化スケールの変動に起因する理論的不確実性が顕著に低減された。
• 特にインバリアント質量分布のピーク領域において、質量を持つと質量ゼロのクォーク計算との間に顕著なずれが観測された。
• NLO補正により、異なるスケール選択に対して断面積予測の安定性が向上し、実験的比較の信頼性が向上した。
• 結果から、低質量b-b̄最終状態における高精度な研究では、質量ゼロのクォーク近似は不十分であり、特にZボソン共鳴領域近辺では顕著であることが示された。
• 計算された断面積および分布は、標準模型ヒッグス粒子探索およびシングルトップクォーク生成のバックグラウンド不確実性低減に直接応用可能である。
• 本研究は、有限クォーク質量効果が非無視可能であり、ハドロン衝突装置における高精度な素性物理学的解析に組み込む必要があることを確認した。