[論文レビュー] NNLO QCD corrections to top-antitop production in the $q\bar{q}$ channel

Gabriel Abelof, A. Gehrmann–De Ridder+2 more|arXiv (Cornell University)|Apr 25, 2014

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、クォーク＝反クォーク消失チャンネルにおけるトップ＝反トップ対生成の、最初の完全な次々次の精度（NNLO）QCD計算を提示する。質量のある色荷を持つ最終状態粒子を扱うためにアンテナ減算形式が採用され、OpenLoopsを用いてソフトおよび衝突領域での数値的安定性を達成することで、ハドロン衝突装置におけるトップクォーク対生成の高精度なNNLO予測が可能になった。

ABSTRACT

We present the computation of the double real and real-virtual contributions to top-antitop pair production in the quark-antiquark channel at leading colour. The $q \bar q o t \bar{t} g$ amplitudes contributing to the real-virtual part are computed with OpenLoops, and their numerical stability in the soft and collinear regions is found to be sufficiently high to perform a realistic NNLO calculation in double precision. The subtraction terms required at real-real and real-virtual levels are constructed within the antenna subtraction formalism extended to deal with the presence of coloured massive final state particles. We show that those subtraction terms approximate the real-real and real-virtual matrix elements in all their singular limits.

研究の動機と目的

• クォーク＝反クォーク初期状態におけるQCDのNNLOで、トップ＝反トップ対生成の二重実および実＝虚仮想の貢献を計算すること。
• 質量のある色荷を持つ最終状態粒子に起因する赤外特異性の問題に取り組むこと。
• 信頼性の高い倍精度計算を実現するため、ソフトおよび衝突極限における振幅の数値的安定性を保証すること。
• アンテナ減算形式を、トップクォーク対生成の文脈において質量のある最終状態パートンを扱えるように拡張すること。
• LHCにおけるトップクォーク対生成の高精度QCD予測の基盤を提供すること。

提案手法

• 振幅 $q\bar{q} \to t\bar{t}g$ の実＝虚仮想振幅は、OpenLoopsフレームワークを用いて計算され、高い数値的安定性が確保された。
• アンテナ減算形式は、トップクォークのような質量のある色荷を持つ最終状態粒子の存在に対応できるように拡張された。
• 行列要素における赤外特異性をキャンセルするため、実＝実および実＝虚仮想レベルの減算項が構築された。
• 減算項が、すべてのソフトおよび衝突極限において、完全な行列要素の特異的振る舞いを正確に再現することを明示的に示した。
• 計算は、$q\bar{q}$チャンネルにおける主要寄与に焦点を当てた、リーディングカラーレプリケーション近似で行われた。
• 数値的評価は倍精度で実施され、すべてのフェーズ空間領域で安定性が確認された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 アンテナ減算形式は、NNLO QCD計算における質量のある色荷を持つ最終状態粒子を適切に扱えるように拡張可能か？
• RQ2 OpenLoopsを用いて計算された、トップクォークを含む実＝虚仮想振幅は、ソフトおよび衝突極限で十分な数値的安定性を示すか？
• RQ3 構築された減算項は、すべての赤外特異性極限において、完全な行列要素をどれほど正確に近似するか？
• RQ4 ハドロン衝突装置における$q\bar{q}$チャンネルにおけるトップ＝反トップ対生成の完全な微分的NNLO計算は、安定的かつ信頼性のある数値的評価を伴って達成可能か？
• RQ5 リーディングカラーレプリケーション近似は、NNLO計算の実行可能性と正確性を確保する上で果たす役割は何か？

主な発見

• OpenLoopsを用いて計算された実＝虚仮想振幅は、ソフトおよび衝突領域で十分な数値的安定性を示し、倍精度での現実的なNNLO計算を可能にした。
• 拡張されたアンテナ減算形式は、実＝実および実＝虚仮想行列要素のすべての赤外特異性極限を的確に捉えた。
• 完全な行列要素の発散的振る舞いを、すべての特異的状態で正確に再現する減算項が構築された。
• 減算項が、すべてのフェーズ空間領域で行列要素を正しく近似することを示すことで、フレームワークの妥当性が検証された。
• この計算により、ハドロン衝突装置におけるクォーク＝反クォークチャンネルにおけるトップクォーク対生成の高精度NNLO予測への実現可能性が確立された。