[논문 리뷰] Higher-order corrections to top-antitop pair and single top quark production

Nikolaos Kidonakis|ArXiv.org|2009. 08. 31.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 16인용 수 16

한 줄 요약

이 논문은 테바트론과 LHC에서 토프-항토프 쿼크 쌍 및 단일 토프 쿼크 생성에 대해 고차수 QCD 보정을 제시하며, NLL 및 NNLL 정확도로 소프트 글루온 보정을 누적하여 이론적 단면을 향상시킨다. 연구는 총 단면 및 미분 단면에 대해 약 2계수(NNLO) 및 3계수(NNNLO) 정밀도를 달성하여 스케일 의존도를 크게 감소시키고 실험 데이터와의 일치도를 향상시켰으며, 특히 임계점 근처의 토프 쿼크 횡방향 운동량 분포 및 단면에 대해 유의미한 개선을 이룬다.

ABSTRACT

I present the latest results on the theoretical cross section for top-antitop pair production as well as for single top production at the Tevatron and the LHC. The calculations include higher-order soft-gluon corrections which are dominant near threshold. The top quark transverse momentum distribution is also presented.

연구 동기 및 목표

• 고차수 QCD 보정을 포함시켜 토프 쿼크 쌍 및 단일 토프 쿼크 생성에 대한 이론 예측을 향상시키기 위해.
• 임계점 근처에서 지배적인 소프트 글루온 보정을 누적시켜 단면 예측의 이론적 불확실성을 감소시키기 위해.
• 정확한 운동량 역학을 반영하는 완전한 미분 단면을 제공하기 위해, 횡방향 운동량 분포 포함.
• 다양한 파르톤 분포 함수(PDF)와 토프 쿼크 질량에 따른 결과를 비교하여 단면 예측에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• t-채널, s-채널, tW 채널을 포함한 단일 토프 생성 채널에 대해 약 3계수(NNNLO) 정밀도로 정밀도를 확장하기 위해.

제안 방법

• 이케오날 근사에서 소프트 글루온 누적 기법을 사용하여 NLL 및 NNLL 정확도로 보정을 계산한다.
• 일차 및 이차 순서 계산을 적용하여 토프 쿼크 쌍 생성에 대해 NNLL 정확도를 확보한다.
• 누적된 단면을 전개하여 약 2계수(NNLO) 및 3계수(NNNLO) 단면을 유도한다.
• 정밀한 NLO 계산 결과와 일치시키기 위해 미분 결과를 매칭시켜 운동량 분포의 일관성을 확보한다.
• 미분 수준에서 계산을 수행하여 횡방향 운동량 및 기타 분포에 대한 정밀한 예측을 가능하게 한다.
• MRST 2006, CTEQ6.6M, MSTW 2008 등 여러 PDF 세트를 사용하여 PDF 의존성과 불확실성 평가를 수행한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고차수 소프트 글루온 보정은 테바트론과 LHC에서 토프-항토프 쿼크 쌍 생성에 대해 총 단면에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 NNLO 보정은 토프 쿼크 쌍 생성 단면에 대해 스케일 의존도를 어느 정도 감소시키는가?
• RQ3 토프 쿼크 횡방향 운동량 분포는 NLO에서 약 2계수(NNLO)로 진화할 때 어떻게 변화하는가?
• RQ4 다양한 단일 토프 생성 채널(t, s, tW)이 약 3계수(NNNLO) 정밀도에서 상대적으로 기여하는 정도는 어떠한가?
• RQ5 토프 쿼크 질량과 PDF 세트의 변화가 이론적 예측 정밀도에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 테바트론(1.96 TeV)에서 172 GeV의 토프 쿼크에 대해 약 2계수(NNLO) 단면은 MRST 기준 7.80 pb, CTEQ6.6M 기준 7.39 pb, MSTW 2008 기준 7.24 pb이며, NLO 대비 스케일 의존도가 감소하였다.
• LHC(14 TeV)에서 172 GeV의 토프 쿼크에 대해 약 2계수(NNLO) 단면은 MRST 기준 968 pb, CTEQ6.6M 기준 919 pb, MSTW 2008 기준 943 pb로, 상당한 증가와 함께 불확실도가 감소하였다.
• LHC에서 7 TeV 조건에서 172 GeV의 토프 쿼크에 대해 약 2계수(NNLO) 단면은 MSTW 2008 기준 170 ± 10 pb로, 실험 측정치와 양호한 일치를 보였다.
• NNLO에서 NLO 대비 토프 쿼크 횡방향 운동량 분포가 향상되었으며, 형태 변화는 최소한이었고, 고차수 보정의 중요성을 확인하였다.
• 테바트론에서 단일 토프 생성에 대해 t-채널이 지배적이며 1.07 pb(172 GeV), s-채널은 0.54 pb, tW 생성은 0.11 pb로, 모두 약 3계수(NNNLO) 정밀도에서 계산되었다.
• LHC에서는 t-채널이 수치적으로 지배적이며, tW 생성이 두 번째로 크며, s-채널은 운동역학적 억제로 상대적으로 작았다.