[論文レビュー] Top Quark Theoretical Cross Sections and pT and Rapidity Distributions

Nikolaos Kidonakis|arXiv (Cornell University)|Sep 15, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 15被引用数 12

ひとこと要約

この論文は、次に次に高次の対数的（NNLL）ソフトグルーオンの再結合から導かれた近似二次の次元（NNLO）補正を用いて、テバトロンおよびLHCにおけるトップクォーク対およびシングルトップクォークの生成断面積について理論的予測を提示する。結果は、次に次に高次の（NLO）予測よりも顕著な増加を示しており、シングルトップチャネルでは最大15％の増加を示し、理論的不確実性を低減することで、すべての加速器エネルギーや生成モードにおいて、CDF、D0、ATLAS、CMSの実験データと強い一致を達成する。

ABSTRACT

I present theoretical results for the top quark pair total cross section, and for the top quark transverse momentum and rapidity distributions at Tevatron and LHC energies. I also present results for single top quark production in the t- and s-channels and also via associated production with a W boson. The calculations include approximate NNLO corrections that are derived from NNLL soft-gluon resummation.

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対およびシングルトップクォーク生成断面積の理論的予測を、高次のQCD補正を組み込むことで改善すること。
• NNLLソフトグルーオン再結合から導かれた近似NNLO補正を適用することで、トップクォーク断面積における理論的不確実性を低減すること。
• テバトロンおよびLHCのエネルギーにおけるCDF、D0、ATLAS、CMSの実験測定値と理論的予測を比較すること。
• ソフトグルーオン補正が、横運動量および急速度の微分的分布に与える影響を分析すること。
• ソフトグルーオン再結合が、トップクォークの前後方向非対称性予測の正確性を向上させる役割を評価すること。

提案手法

• NNLL再結合されたソフトグルーオン補正を展開することで、トップクォーク対およびシングルトップ生成過程の近似NNLO断面積を導出する。
• ソフトグルーオン補正が支配的となる部分子の閾値に注目するため、1粒子包含（1PI）運動学を適用する。
• 2ループのソフト異常次元行列を用いることで、再結合においてNNLLの精度を達成し、信頼性の高い近似NNLO結果を得る。
• 正確なNLO断面積と近似NNLO補正を組み合わせることで、改善された全断面積および微分断面積を生成する。
• スケール変動（因子化および重規格化スケール）およびParton分布関数（MSTW2008）の不確実性（90％信頼水準）を用いて理論的不確実性を評価する。
• テバトロンおよびLHCのエネルギーにおける断面積、$p_T$および急速度分布、および前後方向非対称性の数値的分析を実施する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ソフトグルーオン再結合から導かれた近似NNLO補正は、テバトロンおよびLHCにおけるトップクォーク対生成断面積にどのように影響を与えるか？
• RQ2 ソフトグルーオン補正は、特にスケール依存性に関して、トップクォーク断面積の理論的不確実性をどの程度低減するか？
• RQ3 NNLO補正を含めた場合、トップクォークの横運動量および急速度分布はどのように変化するか？
• RQ4 なぜ理論的前後方向非対称性は、テバトロンでの観測値よりも顕著に低くなるのか？
• RQ5 LHCにおける$t$-チャネル、$s$-チャネル、および関連する$tW^{-}$生成におけるNNLO補正の影響は何か？

主な発見

• LHC（14 TeV）における$t\bar{t}$生成の近似NNLO断面積は、$m_t = 173$ GeVのとき$92^{+2}_{-1}{}^{+2}_{-3}$ pbであり、NLO結果に比べて7.8％の増加を示す。
• テバトロン（1.96 TeV）における$t\bar{t}$断面積は$7.08{}^{+0.00}_{-0.24}{}^{+0.36}_{-0.27}$ pbであり、NLOに比べてCDFおよびD0のデータとより良好に一致する。
• LHC（14 TeV）における$t$-チャネルシングルトップ断面積は$92{}^{+2}_{-1}{}^{+2}_{-3}$ pbであり、NNLO補正によりNLO結果が約13％増加する。
• LHC（14 TeV）における$s$-チャネルシングルトップ断面積は$7.93\pm0.14{}^{+0.31}_{-0.28}$ pbであり、NNLO補正によりNLO結果に比べて13％の増加を示す。
• LHC（14 TeV）における関連する$tW^{-}$生成断面積は$41.8\pm1.0{}^{+1.5}_{-2.4}$ pbであり、NNLO補正により8％の増加を示す。
• 横運動量および急速度分布の理論的予測では、NNLO補正が断面積を増加させるとともに、スケール依存性を低減するが、分布の形状に顕著な変化をもたらさない。