[논문 리뷰] NLO QCD corrections to W boson production with a massive b-quark jet pair at the Tevatron p-pbar collider

F. Febres Cordero, Laura Reina외 1명|arXiv (Cornell University)|2006. 06. 08.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 19

한 줄 요약

이 논문은 테바트론에서 질량이 있는 b-쿼크 쌍 제트와 함께 W 보손 생성에 대한 다음 최고 순서(NLO) QCD 보정을 질량이 있는 바텀 쿼크 효과를 포함하여 계산한다. 이러한 질량 효과를 忽시할 경우 총 NLO 단면적을 8% 과대평가하게 되며, 스케일 선택과는 무관하게 동일하다.

ABSTRACT

We calculate the Next-to-Leading Order (NLO) QCD corrections to W-b-bbar production including full bottom-quark mass effects. We study the impact of NLO QCD corrections on the total cross section and invariant mass distribution of the bottom-quark jet pair at the Fermilab Tevatron p-pbar collider. We perform a detailed comparison with a calculation that considers massless bottom quarks. We find that neglecting bottom-quark mass effects overestimates the NLO total cross-section for W-b-bbar production at the Tevatron by about 8% independent of the choice of renormalization and factorization scale.

연구 동기 및 목표

• 테바트론에서 전체 바텀 쿼크 질량 효과를 포함한 W-b-bbar 생성에 대한 NLO QCD 보정을 계산하는 것.
• 바텀 쿼크 질량 효과가 바텀 쿼크 제트 쌍의 총 단면적과 진동 질량 분포에 미치는 영향을 평가하는 것.
• 질량이 없는 바텀 쿼크 근사를 통해 질량 효과의 중요도를 정량화하는 것.
• 다양한 재규격화 및 분리 스케일 선택에 대해 단면적 예측의 안정성을 평가하는 것.

제안 방법

• 입자 반응 행렬 원소에서 바텀 쿼크를 완전히 질량 있는 것으로 처리하여 모든 운동량 및 스핀 상관관계를 포함한다.
• 단층적 분석 기법과 위상공간 적분, 적외선 제거 기법을 사용하여 NLO QCD 보정을 계산한다.
• 바텀 쿼크 제트 쌍의 진동 질량 분포를 전체 질량 효과를 고려하여 평가하여 그 형태와 스케일 의존성에 대해 연구한다.
• 총 단면적과 미분 분포에서 질량 있는 및 질량 없는 바텀 쿼크 근사 간의 비교를 수행한다.
• 재규격화 및 분리 스케일를 다양하게 변화시켜 결과의 안정성과 스케일 의존성을 검증한다.
• 테바트론 에너지 스케일에서 비틀림 없는 파arton 모델의 프레임워크 내에서 계산을 수행한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 전체 바텀 쿼크 질량 효과를 포함할 경우 W-b-bbar 생성에 대한 NLO QCD 보정은 얼마나 중요한가?
• RQ2 바텀 쿼크 질량 효과를 忽시할 경우 NLO 단면적에 어떤 정량적 영향을 미치는가?
• RQ3 질량 있는 및 질량 없는 바텀 쿼크 처리 방식 간에 바텀 쿼크 제트 쌍의 진동 질량 분포는 어떻게 다를까?
• RQ4 질량 없는 근사로 인한 과대평가 현상은 재규격화 및 분리 스케일의 다양한 선택에 대해 안정적인가?

주요 결과

• 전체 바텀 쿼크 질량 효과를 포함할 경우, 질량 없는 근사 대비 W-b-bbar 생성에 대한 NLO 총 단면적이 약 8% 감소한다.
• 이 8% 과대평가 현상은 재규격화 및 분리 스케일의 선택과는 무관하게 유지되며, 체계적인 이완이 있음을 시사한다.
• 바텀 쿼크 제트 쌍의 진동 질량 분포는 질량 효과로 인해 상당히 변화하며, 특히 저질량 영역에서 두드러진다.
• 질량 없는 근사는 질량 있는 경우에 비해 더 딱딱하고 넓은 바텀 쿼크 제트 쌍의 진동 질량 스펙트럼을 유도한다.
• 전체 질량 효과를 포함할 경우 단면적의 스케일 의존성이 감소하여 이론적 정밀도가 향상된다.
• 결과는 바텀 쿼크 질량 효과가 무시할 수 없으며, 테바트론에서 정확한 NLO 예측을 위해서는 반드시 포함되어야 한다는 것을 보여준다.