[論文レビュー] NNLO B-fragmentation fits and their application to $t\bar t$ production and decay at the LHC

M. Czakon, Terry Generet+2 more|arXiv (Cornell University)|Oct 12, 2022

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、半レプトン的B崩壊からのBハイドロン、J/ψ、およびミュオンの、初めての次々次の項（NNLO）非摂動的分裂関数（NPFF）を提示する。これらはNNLO計算およびソフトグルーオンの再結合と完全に整合している。著者らはこれらのNPFFを用いて、LHCにおけるトップクォーク対生成および崩壊について、最先端の予測を実施し、識別されたBハイドロンおよび崩壊生成物からのトップクォーク質量の、初めてのNNLO精度での抽出を可能にする。

ABSTRACT

In this work we derive three sets of non-perturbative fragmentation functions, with uncertainties, for $B$-hadrons, $J/ψ$'s and muons resulting from semileptonic $B$ decays. All three sets are with next-to-next-to leading order accuracy and include next-to-next-to leading logarithmic soft gluon resummation. The novel feature of these new sets is that they are fully consistent with our formalism for next-to-next-to leading order (NNLO) calculations for final states with identified $B$, $J/ψ$ or a $μ$. We employ the fragmentation functions derived in this work to make state of the art predictions for such final states in $t\bar t$ events at the LHC. A special emphasis is placed on observables sensitive to the top quark mass. The present work opens the door for many LHC applications, like, open $B$ production or $B$ production in association with bosons.

研究の動機と目的

• 半レプトン的B崩壊からのBハイドロン、J/ψ、およびミュオンの、完全に整合するNNLO非摂動的分裂関数（NPFF）の開発。
• トップクォーク対生成における、従来のNPFFとNNLO摂動的計算との間の不整合を解消すること。
• 識別された重いフラバーのハドロンを伴うLHCにおけるトップクォーク対生成および崩壊の高精度予測を可能にすること。
• 識別されたBハイドロンおよびその崩壊生成物を含む観測量からの、初めてのNNLO精度でのトップクォーク質量抽出を可能にすること。
• 将来のLHC応用、例えばオープンB生成およびゲージボソンと関連したB生成のための基盤を提供すること。

提案手法

• ALEPH、DELPHI、OPAL、SLDの測定結果を統合したグローバルフィットを用いて、e+e−データからNNLO精度の非摂動的分裂関数（NPFF）を抽出する。
• 分裂関数に次々次の対数（NNLL）ソフトグルーオン再結合を組み込み、低z領域での精度を向上させる。
• t¯t生成および崩壊におけるプロセス依存係数関数をNNLOで数値的に計算するフレームワークを構築し、NPFFと整合性を保つ。
• 導出されたNPFFを用いて、LHCにおけるt¯tイベントにおけるトップクォーク質量に敏感な観測量を計算する。
• 個々のデータセットフィット（例：ALEPHのみ）と統合グローバルフィットを比較することで、NPFFの整合性を検証する。
• 摂動的分裂関数（PFF）形式およびNNLOでのハード散乱関数へのマッチングを用いて、理論的整合性を保証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Bハイドロン、J/ψ、およびミュオンの非摂動的分裂関数を、摂動的計算と完全に整合するNNLO精度で抽出するにはどうすればよいか？
• RQ2 NNLLソフトグルーオン再結合を含めることで、トップクォーク対生成における分裂関数の精度にどのような影響が生じるか？
• RQ3 個々のe+e−データセット（ALEPH、DELPHI、OPAL、SLD）は分裂関数の制約にどの程度寄与するか？また、統合フィットは個別フィットよりもより頑健であるか？
• RQ4 識別されたBハイドロンおよびその崩壊生成物を含む観測量から、どの程度の精度でトップクォーク質量をNNLO精度で抽出できるか？
• RQ5 新しい分裂関数は、LHCにおけるオープンB生成およびB+V関連生成の予測をどのように改善できるか？

主な発見

• 著者らは、Bハイドロン、J/ψ、およびミュオンの、NNLO精度の分裂関数を3セット新たに提示する。これらは不確実性を伴い、NNLO摂動的フレームワークと完全に整合している。
• ALEPH、DELPHI、OPAL、SLDデータの統合フィットは、個々のデータセットのフィットよりも不確実性が小さく、すべての個別フィットが誤差内に一致している。
• ALEPHのみのフィットでは、著しく大きな不確実性が得られ、現在の精度ではバリオン寄与を明確に分離できないことが示唆される。
• LHCにおけるt¯t生成および崩壊のNNLO予測は、摂動的および非摂動的成分の間で完全に整合している。
• 新しい分裂関数により、識別されたBハイドロンおよびその崩壊生成物を含む観測量からの、初めてのNNLO精度でのトップクォーク質量抽出が可能になった。
• 半レプトン的B崩壊からのJ/ψおよびミュオンを用いた観測量が、LHCにおけるトップクォーク質量測定の有効かつ高精度なプローブであることが示された。