[論文レビュー] Soft and collinear enhancements to top quark and Higgs cross sections

Nikolaos Kidonakis|ArXiv.org|Feb 22, 2008

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、モーメント空間における再結合技術を用いて、テバトロンおよびLHCにおけるトップクォークおよびヒッグスボソン生成断面積に対するソフトおよびコリネアントQCD補正を計算している。ソフトグルーオン補正が単一トップクォーク生成において支配的であることが判明した（特にsチャネルおよびtWモード）。一方、b̄b→Hを介したヒッグス生成においては、ソフトおよび純粋なコリネアント項の両方が正確な断面積を求めるために不可欠であり、NNNLO補正はNNLOに比べて断面積を10–15%増加させる。

ABSTRACT

I present calculations of soft and collinear corrections to the cross sections for single top quark production, and for Higgs production via b bbar -> H at the Tevatron and the LHC. I show that the corrections provide significant enhancements to the cross sections in both cases. For single top production the soft gluon corrections dominate the cross section, particularly in the s channel and in tW production. For Higgs production it is shown that purely collinear terms have to be included as well to provide an accurate calculation.

研究の動機と目的

• ハドロン衝突におけるトップクォークおよびヒッグスボソン生成断面積の理論的精度を、高次のQCD補正を含めることで向上させること。
• 運動限界に近い閾値増幅過程におけるソフトおよびコリネアントグルーオン補正の重要性を評価すること。
• 特にb̄b→Hを介したヒッグス生成において、ソフトグルーオン近似のみで十分な断面積予測が可能かどうかを特定すること。
• モーメント空間再結合形式を用いて、単一トップおよびヒッグス生成両方の再結合断面積のNNNLO展開を提供すること。

提案手法

• 断面積の因子化性を用いて、モーメント空間におけるソフトおよびコリネアントグルーオン補正を再結合している。
• 再結合断面積は、ハード散乱因子H、ソフト関数S、および異常次元γq/qを含む指数関数的関数として表現されている。
• 形式は、[ln^k(1−z)/(1−z)]+ 形式のソフト補正と、ln^k(1−z)に比例する純粋なコリネアント項を含んでおり、後者はヒッグス生成において特に重要である。
• 再結合断面積のNNNLO展開が導出され、補正の計算に用いられており、コリネアント項はNLLおよびNNLLの精度で近似されている。
• ハドロン断面積は、MRST 2006のパートン分布関数を、スケールμF=μR=mHまたはmtで畳みあわせて計算されている。
• 数値結果として、テバトロンおよびLHCにおける断面積およびK要因が、LO、NLO、NNLOのベンチマークと比較して提示されている。

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単一トップクォーク生成断面積に対するソフトおよびコリネアントQCD補正はどの程度顕著か？
• RQ2 特にsチャネルおよびtWモードにおいて、ソフトグルーオン補正がトップクォーク生成断面積をどの程度支配しているか？
• RQ3 b̄b→Hを介したヒッグス生成の正確な記述には、純粋なコリネアント補正が必要か、それともソフトグルーオン近似で十分か？
• RQ4 NNNLOのソフトおよびコリネアント補正は、ヒッグスおよびトップクォーク生成の全断面積にどのように影響するか？
• RQ5 次に高いおよび次に次に高いコリネアント対数項を含めることによる近似の精度向上は、定量的にどの程度か？

主な発見

• ソフトグルーオン補正が単一トップクォーク断面積を支配しており、特にsチャネルおよびtW生成モードで顕著な増幅が観測された（LHCで顕著）。
• b̄b→Hを介したヒッグス生成においては、純粋なコリネアント項がNNLO補正の約60%を占めており、正確な記述には不可欠である。
• 次に高いコリネアント（NLC）対数項を含めることで、ソフト＋仮想項のみの近似に比べ、テバトロンでは約30%、LHCでは約40%の精度向上が達成された。
• NNNLOのソフトおよびコリネアント補正は、NNLOレベルに比べて断面積をさらに10–15%増加させ、S+NNLCapp曲線は完全なNNNLO結果をよく近似している。
• LHCにおけるb̄b→HのK要因はテバトロンよりわずかに小さいが、NLOでは1.6以上であり、全補正を含めるとNNLOで約2.0に達する。
• b̄b→Hのパートン分布関数の不確かさは無視できないものであり、特にテバトロンにおける高ヒッグス質量領域ではスケール不確かさと同程度の大きさである。