[論文レビュー] NNLL threshold resummation for the total top-pair production cross section

Μ. Beneke, P. Falgari+3 more|arXiv (Cornell University)|May 4, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 28被引用数 7

ひとこと要約

本稿では、テバトロンおよびLHCにおけるトップクォーク対生成断面積の次々に次流対数（NNLL）しきい値間接的計算を提示する。中心エネルギーエネルギー14 TeVまで、ソフトグルーオンおよびクーロン補正を含む。NNLL補正の導入により、LHCでは断面積が1–3%増加し、テバトロンでは8%増加する。理論的不確かさは10%未満にまで低下し、現在のLHCデータから±5 GeVの精度でトップクォーク極座標質量を決定可能となる。

ABSTRACT

We present predictions for the total top-quark pair production cross section at the Tevatron and the LHC with 7,8 and 14 TeV centre-of-mass energy, including the resummation of threshold logarithms and Coulomb corrections through next-to-next-to-leading logarithmic order, and top-antitop bound-state contributions. The remaining theoretical and PDF uncertainties and prospects for the measurement of the top mass from the total cross section are discussed.

研究の動機と目的

• NLOを超えるしきい値対数およびクーロン補正の間接的計算により、トップクォーク対生成断面積の理論的精度を向上させること。
• LHCおよびテバトロンにおける断面積予測の理論的不確かさを、約7%の実験的精度に一致させるように低減すること。
• NNLL間接的断面積を用いて、全断面積測定からトップクォーク極座標質量をより高い精度で抽出可能にする。
• さまざまなPDFセットおよび中心エネルギーエネルギーにおけるPDF不確かさが断面積予測に与える影響を評価すること。
• 将来のトップクォーク物理学の高精度研究を支援するため、NNLL間接的断面積を用いた公開ツールを提供すること。

提案手法

• 質量のあるQCD振幅の赤外構造を用いて、運動量空間でのアプローチにより、ソフトグルーオン補正をNNLL精度で間接的計算する。
• クーロン補正とそのソフトグルーオン項との干渉をNNLL順に含め、断面積への束縛状態寄与を組み込む。
• β = √(1 - 4m_t²/ŝ)における対数的および累乗補正を指数関数的形で表現し、二ループ計算から得られる係数を用いる。
• 理論的不確かさは、異なるNNLL実装およびN³LO精度への展開を比較することで推定する。
• PDFおよびα_sの不確かさは、複数のグローバルPDFセット（MSTW08、NNPDF2.1、ABM11、JR09VR）を用いて評価し、比較のためα_s(M_Z) = 0.118を固定する。
• 間接的項の展開により、近似的なNNLO補正を含み、未知の定数NNLOおよび高次項効果についても追加推定を実施する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LHCおよびテバトロンにおけるNNLLしきい値間接的計算が、全トップクォーク対生成断面積に与える影響は何か？
• RQ2 7、8、14 TeVの中心エネルギーエネルギーにおけるソフトグルーオンおよびクーロン補正が理論的予測に与える影響は何か？
• RQ3 PDF不確かさがトップクォーク対断面積予測における理論的不確かさの主因となる程度はどの程度か？
• RQ4 NNLL間接的断面積を用いることで、全断面積測定から10 GeV未満の精度でトップクォーク極座標質量を抽出可能か？
• RQ5 異なるNNLL実装およびPDFセットが、予測された断面積の中央値および不確かさに与える影響は何か？

主な発見

• NNLL間接的計算により、テバトロンではNLO予測に比べて全トップクォーク対生成断面積が約8%増加し、LHCでは1–3%増加する。
• 近似的なNNLO結果（NNLO_app）は、大部分のNNLL補正を捉え、テバトロンでは2%未満、LHCでは1%未満の追加高次項効果が寄与する。
• クーロン補正および束縛状態寄与は、NNLL精度で約0.5%寄与するが、ソフトおよびクーロン効果の干渉項はNNLO_appレベルで1–2%寄与する。
• NNLL予測における理論的不確かさは、断面積で±5 GeV程度にまで低減され、主にPDFおよびα_sに起因する。
• 現在のLHC断面積データから、±5 GeVの精度でトップクォーク極座標質量を抽出可能であり、ATLASデータから得られた一貫した結果 m_t = 169.8^{+4.9}_{-4.7} GeV が示されている。
• α_sを固定した場合、異なるPDFセットは68%信頼水準内で一貫した中央値を示すが、セット間のばらつきは個々のPDF不確かさを上回り、PDFシステムティックスの重要性を強調している。