[論文レビュー] QCD two-loop corrections for hadronic single top-quark production in the t-channel

Mohammad Assadsolimani, Philipp Kant+2 more|arXiv (Cornell University)|Sep 12, 2014

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 46被引用数 1

ひとこと要約

この論文は、tチャネルにおけるシングルトップクォーク生成のための、最初の完全な二ループ量子色力学（QCD）計算を提示する。振幅はスピンおよび色構造に従って分解され、マスターインテグラルを用いて表現されている。頂点補正についてはコンactな解析的表現が得られ、ボックス図の寄与については公開されたCプログラムが提供されており、トップクォーク物理学における精度の向上が著しく進んだ。

ABSTRACT

In this article we discuss the calculation of single top-quark production in the t channel at two-loop order in QCD. In particular we present the decomposition of the amplitude according to its spin and colour structure and present complete results for the two-loop amplitudes in terms of master integrals. For the vertex corrections compact analytic expressions are given. The box contributions are implemented in a publicly available C program.

研究の動機と目的

• tチャネルにおけるシングルトップクォーク生成の完全な二ループQCD補正を計算すること。
• スピンおよび色構造に応じて散乱振幅を分解し、解析的取り扱いを向上させること。
• すべての二ループ振幅をマスターインテグラルの形に表現して、数値評価を可能にすること。
• 二ループ頂点補正のための簡潔な解析的表現を導出すること。
• 二ループボックス図を、高エネルギー物理学の現象論的応用を想定した公開Cプログラムに実装すること。

提案手法

• 二ループ振幅をスピンおよび色順序成分に分解するためにテンソル積分還元技術を用いる。
• 次元正則化とε = (4 - D)/2におけるローラン展開を用いて、紫外・赤外発散を扱う。
• すべての二ループフェยマン積分をマスターインテグラルの集合に還元するために、統合による部分積分（IBP）恒等式を適用する。
• 記号的計算と既知のマスターインテグラルの結果を用いて、二ループ頂点補正の解析的表現を導出する。
• マスターインテグラル表現を用いて、二ループボックス図をCプログラムによる数値実装を行う。
• ゲージ不変性および赤外有限性のチェックを通じて、結果の一貫性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 tチャネルにおけるシングルトップクォーク生成のための二ループQCD振幅の完全な解析的構造は何か？
• RQ2 二ループ振幅を、効率的な計算が可能なスピンおよび色成分に体系的に分解する方法は何か？
• RQ3 この過程における二ループ頂点補正の明示的な解析的表現は何か？
• RQ4 二ループボックス図を、効率的かつ正確に数値プログラムに実装する方法は何か？
• RQ5 公開されたC実装によるボックス寄与の数値的安定性およびパフォーマンスはいかほどか？

主な発見

• tチャネルにおけるシングルトップクォーク生成の二ループ振幅は、スピンおよび色構造に完全に分解され、体系的な評価が可能になった。
• 二ループ頂点補正のための簡潔な解析的表現が得られ、その数値的評価が著しく簡素化された。
• 二ループボックス図は、公開されたCプログラムに成功裏に実装され、現象論的応用を促進した。
• すべての二ループ振幅がマスターインテグラルの形に表現されており、既存の数値ツールや高精度計算と互換性があることが保証された。
• 結果はゲージ不変性および赤外有限性と整合しており、振幅構造の正しさが確認された。
• この研究は、トップクォーク物理学における次々に高次の項（NNLO）QCD補正への基盤的ステップを提供した。