[論文レビュー] Theoretical results for top quark production

Nikolaos Kidonakis|arXiv (Cornell University)|Apr 29, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 15被引用数 5

ひとこと要約

本稿は、次に次いで高次の(NNLO)トップクォーク対生成のさまざまな理論的アプローチを評価・比較し、モーメント空間における摂動的QCDに基づくソフトグルーオンの再結合法が、LHCおよびテバトロンの全エネルギー範囲で正確なNNLO断面積とほぼ同一の結果を達成することを示している。この方法は、トップクォークの横運動量およびラピディティの高精度な近似NNLO微分断面積を提供し、最近のLHCデータとよく一致しており、精密QCDの素描的応用および将来の高次の計算においてその有用性を裏付けている。

ABSTRACT

I discuss and compare several approaches to higher-order calculations of top quark production. I study the relative effectiveness of the approaches in approximating the exact NNLO results for the top-pair total cross section and highlight the theoretical and numerical differences between them. I show that the results from my soft-gluon resummation method are nearly identical to the exact NNLO cross section at all LHC and Tevatron energies. This agreement has important consequences for the validity of existing approximate NNLO differential distributions, for further refinements of the predictions, and for applications to other processes such as single-top production. I also compare approximate NNLO top quark transverse momentum and rapidity distributions with recent LHC measurements.

研究の動機と目的

• 正確なNNLO結果と比較して、さまざまな近似NNLO手法のトップクォーク対生成における精度を評価すること。
• LHCおよびテバトロンのエネルギーにおける全断面積および微分断面積を予測するソフトグルーオンの再結合アプローチの信頼性を評価すること。
• 実験的解析、特にバックグラウンド推定において、近似NNLO分布を信頼できるツールとして使用できることを検証すること。
• モーメント空間pQCDとSCETに基づく再結合形式主義の間の数値的および理論的差異を検討すること。
• 単一トップクォーク生成などの関連プロセスへのこの手法の適用に対する信頼性を確立すること。

提案手法

• 本稿は、モーメント空間における摂動的QCDおよびソフトコリネント有効理論(SCET)を含む、ソフトグルーオン再結合の複数の理論的フレームワークを比較している。
• 部分的閾値と絶対的閾値の定義に基づく、二重微分(1PI)および全断面積専用(PIM)の運動的アプローチを評価している。
• 全手法にわたって一貫したパラメータセット（トップクォーク質量、MSTW 2008 NNLO PDF、およびαs）を用い、公平な比較を実現している。
• Ref. [3]のソフトグルーオン再結合形式主義を用いて、横運動量およびラピディティにおける近似NNLO全断面積および微分断面積を計算している。
• 理論的不確実性はスケール変動を用いて推定され、Ref. [2]の正確なNNLO断面積と直接比較されている。
• 部分的閾値条件およびプラス分布係数を組み込み、副次項および減衰因子に対して注意深く取り扱っている。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 モーメント空間pQCDにおけるソフトグルーオン再結合法は、トップクォーク対生成の正確なNNLO全断面積をどの程度正確に近似するか？
• RQ2 さまざまな近似NNLO手法間の数値的差異、特に閾値定義および再結合形式主義の取り扱い方における差異は何か？
• RQ3 トップクォークの横運動量およびラピディティの近似NNLO微分断面積は、最近のLHC実験データとどの程度一致するか？
• RQ4 このソフトグルーオン再結合法の結果は、さまざまな中心系エネルギーおよびトップクォーク質量においてどの程度安定的で信頼できるか？
• RQ5 この手法がトップ対生成において成功を収めたのを踏まえ、単一トップクォーク生成などの他のプロセスへ応用可能か？

主な発見

• Ref. [3]のソフトグルーオン再結合法は、LHCおよびテバトロンの全エネルギー範囲で正確なNNLO結果とほぼ同一の全断面積を生成しており、差異は1%以下である。
• 横運動量およびラピディティの近似NNLO微分断面積は、7 TeV LHCエネルギー下でのCMSデータ（ℓ+jetsおよび二レプトンチャンネル）と優れた一致を示している。
• スケール変動による理論的不確実性は小さく、実験的誤差範囲よりもはるかに小さいため、予測の高精度性が裏付けられている。
• トップクォーク質量が130–210 GeVの広い範囲にわたり、安定性および正確性が保証されており、その強靭さと信頼性が確認された。
• この手法の成功は、トップクォーク物理学における全断面積および微分断面積の正確なNNLO結果に対する信頼できる近似としての使用を支持している。
• 結果として、この近似NNLOフレームワークが、特にヒッグス粒子および新しい物理探索におけるバックグラウンド推定において、標準的な分析ツールとして使用可能であることが検証された。