[論文レビュー] Weak Corrections to Hadronic Observables

Y. Kurihara, Stefano Moretti+2 more|ArXiv.org|Jul 13, 2004

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、高エネルギー加速器におけるハドロン過程における1ループ弱い修正を計算し、3ジェット生成、$Z/\gamma$+ジェット、および$b$クォーク対生成を対象としている。ヘリシティ振幅とゲージ不変なループ計算を用いることで、特に$\alpha_s^2\alpha_{\text{EW}}$項が、leading-order QCD効果と同等の大きさのパリティ破れ対称性を引き起こすことが判明した。LHCエネルギーでは、サダコフ対数が寄与し、その効果が顕著に増幅される。

ABSTRACT

We illustrate one-loop weak corrections to three-jet production in $e^+e^-$ at $\sqrt{s}=M_Z$, to the production of a $Z$ or $γ$ in association with a hard jet at hadron colliders and to the production cross section of two $b$-jets at Tevatron and Large Hadron Collider (LHC).

研究の動機と目的

• e^+e^-、$p\bar{p}$、および$pp$加速器における主要なハドロン観測量に及ぼす1ループ弱い修正の定量的影響を評価すること。
• $Z$、$\gamma$、および$W$ボソンを含む過程において、電磁気的効果から真正に弱い、ゲージ不変な寄与を分離すること。
• 高エネルギースケールにおける弱い修正を強化するサダコフ対数$\alpha_W \log^2(\sqrt{\hat{s}}/M_W^2)$の役割を評価すること。
• 前向き-後方$b$クォーク非対称性のようなパリティ破れ対称性を、標準模型を超える新しい物理のプローブとして評価すること。
• TevatronおよびLHCエネルギーにおける$gg$-および$q\bar{q}$-初期化された1ループ弱い修正の相対的重要性を比較すること。

提案手法

• $V + q \to g + q$過程のヘリシティ振幅$\mathcal{A}^{(G)}_{\lambda_1,\lambda_2,\sigma}$を計算し、奇数個の$\gamma$行列を含むディラック構造によりフェルミオンのヘリシティを保存する。
• ループ振幅におけるスピンオペレーター構造を扱うために、4次元正則化におけるチショルム恒等式を用いる。
• 仮想弱い修正を1ループ自己エネルギーおよび頂点図を用いて評価し、縦極化成分を含む$W$および$Z$交換を含む。
• $\overline{\text{MS}}$-正則化を用いたQCDおよびQEDループを適用し、自己エネルギー補正においてヒッグス粒子質量（$M_H = 115$ GeV）の完全な依存性を考慮する。
• NLO PDF（GRV94）と2ループ$\alpha_s$のランニングを用いて、$\alpha_s^3$項の断面積および非対称性を計算する。
• $\alpha_{\text{EW}}^2$、$\alpha_s^2\alpha_{\text{EW}}$、および$\alpha_s^3$の過程の寄与を、包含的および微分的分布において比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 TevatronおよびLHCにおける$b$クォーク対生成において、1ループ弱い修正、特に$\alpha_s^2\alpha_{\text{EW}}$項はどの程度重要か？
• RQ2 高エネルギーハドロン過程において、サダコフ対数$\alpha_W \log^2(\sqrt{\hat{s}}/M_W^2)$は弱い修正をどの程度強化するか？
• RQ3 弱い修正は前向き-後方$b$クォーク非対称性にどのように影響を与え、それらは木レベルの弱いまたはQCD効果と区別可能か？
• RQ4 なぜLHCでは$gg$-初期化された弱い修正がTevatronよりも優勢であり、$q\bar{q}$-初期化されたものと比べてどの程度異なるか？
• RQ5 弱い修正は、測定可能で、標準模型を超える新しい物理をテストするのに有用な大きさのパリティ破れ効果を引き起こすことができるか？

主な発見

• LHCにおける高運動量領域の$b\bar{b}$生成において、1ループ弱い修正の$\alpha_s^2\alpha_{\text{EW}}$項は、leading-orderの$\alpha_s^2$断面積に対して約-2%の寄与を示す。
• $b$クォークの前向き-後方非対称性に対する$\alpha_s^2\alpha_{\text{EW}}$修正は、$\alpha_s^3$修正と同程度の大きさであり、$p_T$スペクトルの大部分において、木レベルの弱い寄与とは逆符号である。
• LHCでは、$gg$-初期化された$\alpha_s^2\alpha_{\text{EW}}$修正が、$q\bar{q}$-初期化されたものよりも支配的であるが、Tevatronでは両者が同等の大きさである。
• LHCエネルギーでは、$\sqrt{\hat{s}}/M_W^2$の比が大きいことから、サダコフ対数がTevatronよりも弱い修正をより効果的に強化する。
• $Z$共鳴エネルギー近辺では前向き-後方非対称性は約-4%であり、それ以外のエネルギー領域では数パーセント未満のため、Run 2以降の実験で測定可能である。
• 弱い修正は、木レベルの弱い寄与とは逆符号の、かつ非常に顕著なパリティ破れ効果を引き起こし、右巻きのカレントや接触相互作用のような新しい物理の感受性の高いプローブを提供する。