[논문 리뷰] High-order threshold corrections for top-pair and single-top production

Nikolaos Kidonakis|arXiv (Cornell University)|2015. 09. 25.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 23인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 다음 중다 로그 보정(аN³LO) 및 다음 중다 최고 순서(аNNLO) 임계점 보정 기법을 사용하여 토프-쿼크 쌍 및 단일-톱 생성에 대해 고정밀 이론 예측을 제시한다. 이는 총 단면적, 횡방향 운동량 및 빠르기 분포, 그리고 토프-쿼크 전방-후방 비대칭성에서 LHC 및 테바트론 데이터와 뛰어난 일치를 보이며, 13 TeV 이상에서 실험 측정치와 일치시키는 데 있어 고차수 QCD 보정의 핵심적 역할을 입증한다.

ABSTRACT

I present results for high-order corrections from threshold resummation to cross sections and differential distributions in top-antitop pair production and in single-top production. I show aN$^3$LO results for the total $t{\bar t}$ cross section as well as for the top-quark transverse momentum ($p_T$) and rapidity distributions, and the top-quark forward-backward asymmetry in $t{\bar t}$ production. I compare with the most recent Tevatron and LHC data, including at 13 TeV. I also present aNNLO results for cross sections and $p_T$ distributions in $t$-channel, $s$-channel, and $tW$-channel single-top production.

연구 동기 및 목표

• 고차수 QCD 보정을 활용하여 토프-쿼크 쌍 및 단일-톱 생성에 대한 이론 정밀도를 향상시키기 위해.
• 이전의 이론 예측과 테바트론 데이터 간의 토프-쿼크 전방-후방 비대칭성에 대한 불일치를 해결하기 위해.
• LHC 및 테바트론 에너지에서 미세 분포(pT, 빠르기) 및 총 단면적에 대한 정확한 예측을 제공하기 위해.
• 고정순서 전개를 사용한 보정된 단면적에서 전통적인 보정 규정에 의존하지 않는 방법의 타당성을 검증하기 위해.
• 실험적 불확실성이 아직 큰 13 TeV LHC 데이터에 이론 정밀도를 확장하기 위해.

제안 방법

• t¯t 생성에 대해 aN³LO 보정을 근사적으로 계산하기 위해 NNLL 임계점 보정을 사용하며, 고정순서 전개를 통해 보정 규정 의존성을 피하기 위해 N³LO까지 전개한다.
• 모든 수치적 결과에 대해 MSTW2008 NNLO 파arton 분포 함수를 사용한다.
• 동일한 보정 방법을 단일-톱 생성에 적용하여 t-채널, s-채널 및 tW-채널 과정에 대해 аNNLO 결과를 도출한다.
• 보정된 단면적을 αs의 거듭제곱으로 전개하여 최소 또는 기타 규정에 의존하지 않고 고정순서 예측을 도출한다.
• ATLAS, CMS, CDF, D0 및 테바트론의 실험 데이터(7, 8, 13 TeV 및 1.96 TeV)와 이론 예측을 비교한다.
• 전자약력 및 고차수 QCD 보정을 포함한 페르미온 전개를 통해 전방-후방 비대칭도 AFB를 αs⁵까지 계산한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 aN³LO 임계점 보정은 LHC 에너지에서 t¯t 총 단면적의 이론 예측을 어떻게 향상시키는가?
• RQ2 aN³LO 보정은 토프-쿼크 전방-후방 비대칭성에 대한 이론과 테바트론 데이터 간의 오랜 기간 지속된 불일치를 어느 정도 해결하는가?
• RQ3 t-, s-, 및 tW-채널에서의 단일-톱 생성 단면적 및 pT 분포에 대한 аNNLO 예측은 다양한 채널과 충돌기 에너지에서 실험 데이터와 얼마나 잘 일치하는가?
• RQ4 보정된 단면적의 고정순서 전개를 사용하는 것과 전통적인 보정 규정을 사용하는 것의 이론 정밀도에 미치는 영향은 어떠한가?
• RQ5 13 TeV에서의 토프-쿼크 횡방향 운동량 및 빠르기 분포는 어떻게 변화하며, CMS 및 ATLAS 데이터와 비교해 볼 때 어떤가?

주요 결과

• aN³LO 예측은 LHC에서 7, 8, 13, 14 TeV에서의 총 단면적에 대해 CMS 및 ATLAS의 최신 13 TeV 측정치를 포함하여 뛰어난 일치를 보인다.
• aN³LO 예측은 8 및 13 TeV에서 이이온 및 레프톤+jets 채널에서 CMS 데이터의 토프-쿼크 횡방향 운동량 분포와 매우 우수한 일치를 보인다.
• 13 TeV에서 aN³LO 이론으로부터 유도된 정규화된 토프-쿼크 빠르기 분포는 CMS 데이터와 매우 우수한 일치를 보이며, 13 TeV에서의 큰 실험적 불확실성에도 불구하고 전체 일치성은 유지된다.
• 1.96 TeV 테바트론 에너지에서 pT 및 빠르기 분포에 대한 aN³LO 결과는 D0 데이터와 강력한 일치를 보이며, 고pT 영역에서도 마찬가지다.
• aN³LO QCD 보정의 포함으로 이전의 테바트론 전방-후방 비대칭성 데이터와의 불일치가 해결되었으며, 1.96 TeV에서 t¯t 기준 AFB = 10.0±0.6%를 도출하였다.
• t-, s-, 및 tW-채널에서의 단일-톱 생성 단면적 및 pT 분포에 대한 аNNLO 예측은 1.96, 7, 8, 13 TeV 에너지에서 ATLAS, CMS, CDF, D0의 데이터와 잘 일치한다.