[論文レビュー] Soft gluon resummation for squark and gluino pair-production at hadron colliders

W. Beenakker, Silja Brensing+5 more|arXiv (Cornell University)|Jan 18, 2010

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、ハドロン衝突装置における squark および gluino 対生成の次-leading-logarithmic (NLL) ソフトグルーオンの再結合を、1-loop の異常次元を用いて行う。この手法により、テバトロンでは理論的断面積予測が最大18%向上し、理論的不確実性は約30%低減される。得られた結果は、LHC やテバトロンにおける supersymmetry の探索に、NLO よりも高い精度で応用可能である。

ABSTRACT

We report on the study of soft gluon effects in the production of squarks and gluinos at hadron colliders. Close to production threshold, the emission of soft gluon results in the appearence of large logarithmic corrections in the theoretical expressions. In order to resum these corrections at next-to-leading-logarithmic accuracy appropriate one-loop anomalous dimensions have to be calculated. We present the calculation of the anomalous dimensions for all production channels of squarks and gluinos and provide numerical predictions for the Tevatron and the LHC.

研究の動機と目的

• ハドロン衝突装置における squark および gluino 対生成の理論的予測を、ソフトグルーオン放出に起因する大きなスレッショルド・ログを再結合することで向上させること。
• squarks および gluinos を含むすべての関連生成チャネルの1-loop 異常次元を計算すること。
• Tevatron および LHC における正確な再結合済み断面積予測を提供し、SUSY 探索の精度を向上させること。
• NLL 再結合を NLO 結果とマッチさせることで、スパーティクル生成断面積の理論的不確実性を低減すること。
• ハドロン衝突装置における実験的 SUSY 探索において、より信頼性の高い除外限界およびスパーティクル質量の決定を可能にすること。

提案手法

• Mellin モーメント空間を用い、β² = √(1−4m²/ŝ) の形のスレッショルド・ログ αs^n log^k(β²)（k=2n,…,0）を再結合する。
• ソフト異常次元行列を対角化するために、SU(3) 色空間におけるスカラーモード基底を適用し、再結合を簡素化する。
• すべての生成チャネル（qq̄→q̄q̄、qg→q̄g、など）における1-loop ソフト異常次元 D_ij→kl,I^(1) を、可約でない SU(3) 表現で計算する。
• NLL 再結合断面積と完全な NLO 結果を NLL+NLO スキームによりマッチさせ、あらゆるエネルギースケールで精度を保証する。
• MSTW 2008 NLO parton distribution functions と、5つの活性フレーバーを用いた MS̄ スキームにおける2-loop αs を使用する。
• 最終的な断面積予測における理論的不確実性を推定するために、スケール変動（m/2 ≤ μ ≤ 2m）を実施する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ソフトグルーオン補正は、ハドロン衝突装置におけるスレッショルド付近の squark および gluino 対生成の全断面積にどのように影響するか？
• RQ2 NLL ソフトグルーオン再結合は、スパーティクル生成断面積の理論的不確実性にどのような影響を及ぼすか？
• RQ3 さまざまなスパーティクル質量スケールおよび衝突エネルギーにおいて、再結合済み断面積と NLO 結果はどのように比較されるか？
• RQ4 （例：gg→gg̃、qg→q̃g̃ など）どの生成チャネルが、ソフトグルーオン放出によって最大の補正を受けるか？
• RQ5 ソフトグルーオン再結合は、Tevatron および LHC における SUSY 断面積予測の正確性をどの程度向上させるか？

主な発見

• Tevatron における包含的 squark および gluino 生成の全断面積は、平均スパーティクル質量が 600 GeV のとき、NLL ソフトグルーオン再結合により最大18%増加する。
• NLL+NLO 断面積は、スケール変動範囲 m/2 ≤ μ ≤ 2m の下で、NLO 値と比較して理論的不確実性を約30%低減する。
• 最大の補正は、初期状態にグルーオンを含み、最終状態にグルーノを含む過程で生じる。これは、高い色荷およびカシミール不変量に起因する。
• LHC では、スパーティクル質量が 3 TeV 未満の場合、Tevatron よりも補正が小さくなる。これは、平均的にスレッショルドからの距離（1−ρ）が大きいからである。
• 包含的生成（pp̄→q̄q̄+q̄q̄+q̄g̃+g̃g̃+X）の再結合結果は、現在のところこれらの過程に対して最も正確な理論的予測を提供する。
• すべてのチャネルにおけるソフト異常次元係数 D_ij→kl,I^(1) が明示的に計算されており、q̄q→q̄q̄ に対しては {−4/3, −10/3}、qg→q̄g̃ に対しては {−4/3, −10/3, −16/3} のような値が、異なる SU(3) 可約表現で得られている。