[論文レビュー] Next-to-leading order corrections to Wt production and decay

John M. Campbell, Francesco Tramontano|ENLIGHTEN (Jurnal Bimbingan dan Konseling Islam)|Jun 28, 2005

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 31

ひとこと要約

この論文は、LHCにおける$Wt$生成および崩壊の次-leading order (NLO) QCD計算を提示しており、トップクォーク崩壊における完全なスピン相関およびグルーオン放射を含む。NLO補正はわずかで、最大10％にとどまり、$H\to WW^\star$経由のヒッグス粒子探索におけるバックグラウンド事象を顕著に減少させる一方で、主要な運動量分布を変化させる。

ABSTRACT

We present the results of a next-to-leading order calculation of Wt production, including the decays of both the top quark and the W boson. The effects of radiation in the decay of the top quark are also included. The separation of diagrams which appear in the real corrections, into singly- and doubly-resonant contributions, is performed using a b-jet veto which is motivated by the use of the bottom quark distribution function. We find that, for a choice of scale which is suitable for this approach, the QCD corrections are very mild and only change the cross section by up to 10% at the LHC, depending on the severity of the b-jet veto. When further cuts are applied, applicable for a Higgs boson search in the H->WW channel, we find that the radiative effects greatly decrease the number of background events expected from this process. In addition, the shapes of relevant distributions can be significantly changed at next-to-leading order.

研究の動機と目的

• 完全なスピン相関およびトップクォーク崩壊におけるグルーオン放射を含む、$Wt$生成および崩壊の高精度なNLO QCD計算を提供すること。
• ボトムクォーク分布関数に基づく$b$-ジャケット遮断を用いて、実補正における単一共振および二重共振寄与の分離という課題に取り組むこと。
• $H\to WW^\star$経由のヒッグス粒子探索の文脈において、NLO補正がイベントレートおよび運動量分布に与える影響を評価すること。
• 特にレプトンおよび消失運動量を伴う$H\to WW^\star$崩壊チャネルにおいて、LHCにおけるヒッグス粒子解析におけるバックグラウンド推定の理論的精度を向上させること。

提案手法

• トップクォークに対してオンシェル近似を用い、生成と崩壊を干渉が無視できるほど小さい大規模なトップ幅（$\Gamma_t/m_t \approx 1\%$）を考慮して、独立した段階として扱う。
• 先行するシングルトップ計算で用いられた手法を応用し、質量ゼロのスピンオルターミナル積と解析的接続を用いて入射運動量を処理する。
• 実補正における単一共振（$Wt$）と二重共振（$t\bar{t}$）寄与の分離のために、$b$-ジャケット遮断を実装する。
• 虚補正、実放射、および正規化を含む完全なNLO計算を実行し、赤外発散および紫外発散を次元正則化により取り扱う。
• 正規化に$\overline{\text{MS}}$スキームを用い、波動関数および結合定数の正規化寄与を含む。
• 行列要素をスピンオルターミナル振幅およびスカラー積分（例：$C_0^A$, $L_1^6$, $\text{Li}_2$）の形で表現し、振幅の明示的解析式を提供する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NLO QCD補正は、LHCにおける$Wt$生成および崩壊の全断面積にどのように影響を与えるか？
• RQ2 トップクォーク崩壊にグルーオン放射を含めると、最終状態の運動量分布およびイベントレートにどのような影響を与えるか？
• RQ3 $b$-ジャケット遮断カットは、$Wt$生成における単一共振および二重共振寄与の分離にどのように影響するか？
• RQ4 NLO補正は、$H\to WW^\star$チャネルにおけるヒッグス粒子探索に関連する主要な運動量分布の形状をどの程度変化させるか？
• RQ5 検出器に類似したカットを適用した現実的なヒッグス探索解析の文脈において、NLO補正は$Wt$生成からのバックグラウンドをどの程度低減するか？

主な発見

• LHCにおける$Wt$生成断面積に対するNLO QCD補正はわずかで、$b$-ジャケット遮断の厳しさに応じて最大10％以内の変化にとどまる。
• トップクォーク崩壊におけるグルーオン放射の含め方は、特にジェットおよび消失運動量を伴う最終状態の運動量分布の形状を顕著に変化させる。
• $H\to WW^\star$チャネルの現実的な受容性および探索カットを適用した場合、NLO補正により$Wt$生成からのバックグラウンドイベント数が顕著に低減する。
• $b$-ジャケット遮断は、ボトムクォーク分布関数の使用によって正当化され、$t\bar{t}$の二重共振寄与が$Wt$過程から適切に分離される。
• NLO結果は、$Wt$バックグラウンド推定における理論的不確実性が低減され、LHCにおけるヒッグス粒子探索の精度が向上することを示している。
• 生成と崩壊における放射の干渉が無視できるほど小さいことが計算により確認され、フレームワークで用いられたオンシェル近似の妥当性が裏付けられた。