[論文レビュー] Probing top-quark chromomagnetic dipole moment at next-to-leading order in QCD

Diogo Buarque Franzosi, Cen Zhang|arXiv (Cornell University)|Mar 30, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 14

ひとこと要約

本稿では、パートンシャワーマッチングを施したMadGraph5_aMC@NLOフレームワークを用いて、異常なクロモ磁気双極子モーメント（CMDM）によって媒介されるトップクォーク対生成における次-leading order（NLO）QCD補正を提示する。NLO補正はLHCにおいてCMDM寄与を約50%増加させ、スケール不確かさを顕著に低減し、結果としてCMDM係数に対する制限が改善される。$\Lambda = 1$ TeVの場合、95%信頼水準で $-0.32 < C_{tG} < 0.30$ が得られた。

ABSTRACT

We present predictions at NLO accuracy in QCD for top-quark pair production induced by an anomalous chromomagnetic dipole moment of the top quark. Our results are obtained for total as well as fully differential cross sections, including matching to parton shower simulations. This process is expected to provide the most stringent direct limits on top-quark chromomagnetic dipole moment. We find that NLO corrections increase the contribution from the dipole moment by about 50\% at the LHC, and significantly reduce the renormalization and factorization scale dependence. Using the NLO prediction, we update the current limit from the Tevatron and the LHC measurements. Apart from total cross section, we also study other observables relevant for LHC phenomenology.

研究の動機と目的

• 既存の文献において高次の補正が不足していることに対応し、異常なクロモ磁気双極子モーメント（CMDM）によって誘導されるトップクォーク対生成のNLO QCD補正を計算すること。
• Leading order（LO）において顕著な renormalization および factorization スケール依存性を示すCMDM信号予測の理論的不確かさを低減すること。
• LHCの素粒子物理学的応用を想定し、スピン相関を保持する完全微分断面積をパートンシャワーにマッチングすること。これには、安定な状態および崩壊したトップクォークを含む最終状態を含む。
• 最新のテバトロンおよびLHCデータを活用し、NLO精度を向上させたことで、トップクォークCMDMの直接実験的制限を更新・強化すること。
• MadGraph5_aMC@NLOにおけるフラバー対角型オペレーターの自動化により、将来の有効場理論フレームワークにおけるトップクォーク結合のグローバル解析を可能にすること。

提案手法

• 計算は、排他的な最終状態における行列要素とパートンシャワーの自動マッチングを処理する、MadGraph5_aMC@NLOフレームワークを用いて実施された。
• 異常なCMDMは、QCDラグランジアンに加えられた次元6オペレーター $ O_{tG} = \bar{t} \sigma^{\mu\nu} T^A t \, G_{\mu\nu}^A $ を介してモデル化され、結合定数 $ C_{tG} $ を持つ。
• 全断面積および完全微分分布の両方について、NLO QCD補正が計算された。これには、崩壊したトップクォークを含む $ t\bar{t} $ 生成が含まれる。
• フレームワークは、MadSpinパッケージを介してスピン相関を保持し、崩壊生成物の角度分布の正確なモデル化を可能にした。
• スケール不確かさは、重正化および因子化スケールの変動によって評価され、各観測量についてK要因（NLO/LO）が計算された。
• 結果はLO予測と比較され、QCD補正が運動量分布および信号の有意性に与える影響が評価された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 異常なクロモ磁気双極子モーメントを介したトップクォーク対生成の全断面積に、NLO QCD補正がどのように影響を与えるか？
• RQ2 LOと比較して、NLO補正はCMDM信号予測におけるスケール不確かさをどの程度低減するか？
• RQ3 NLO QCD補正は、$ \Delta\phi(\ell\ell) $、$ \cos\theta^* $、および $ \cos\theta_1\cos\theta_2 $ のような微分分布の形状をどのように変化させるか？
• RQ4 SMのK要因を用いてLOのCMDM寄与をスケーリングすることは信頼できるか、それとも完全なNLO計算が必須か？
• RQ5 テバトロンおよびLHC8データをNLO精度で用いて、トップクォークCMDM係数 $ C_{tG} $ の更新された95%信頼水準での制限は何か？

主な発見

• NLO QCD補正は、テバトロンでは約12%、LHC 8 TeVでは43%、LHC 14 TeVでは48%のCMDM寄与断面積の増加をもたらした。
• NLO補正の組み込みにより、スケール依存性が顕著に低減され、ほとんどの分布で理論的不確かさが2倍以上に低減された。
• 微分K要因は一定ではなく、すべての観測量においてSMのK要因（約1.5）と同程度の大きさを示した。
• $ \Delta\phi(\ell\ell) $ 分布に関しては、NLO補正が信号形状を強化し、異常寄与にLOを用い、SMにNLOを用いると信号が過小評価される。
• 更新された95%信頼水準でのCMDM係数の制限は、$\Lambda = 1$ TeVの場合、$ -0.32 < C_{tG} < 0.30 $ であり、物理的双極子モーメント単位に換算すると $ -0.0096 < d_V < 0.0090 $ に相当する。
• フレームワークはスピン相関を有する観測量の正確なモデリングを可能にし、NLO補正は $ \cos\theta^* $ のような分布の形状を顕著に変化させないため、一様な補正効果が得られた。