[논문 리뷰] Single top and top pair production

Nikolaos Kidonakis|arXiv (Cornell University)|2012. 12. 12.

Antenna Design and Optimization참고 문헌 21인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 LHC와 테바트론에서 단일-톱 및 토프-쌍 생성에 대한 소프트 글루온 보정의 다음 다음 최고 로그(이중 NNLL) 재결합을 제시한다. 이는 양자 chromodynamics(pQCD)의 모멘트 공간 재결합을 사용하여 근사적인 다음 다음 최고 주의도(이중 NNLO) 미분 단면적을 도출한다. 이 방법은 총 단면적, 토프의 횡방향 운동량, 빠르기 분포에서 실험 데이터와 뛰어난 일치를 보이며, LHC와 테바트론 에너지에서 정확한 NNLO 결과와 1% 미만의 차이를 보인다.

ABSTRACT

I present results for single-top and top-pair production at the LHC and the Tevatron. Higher-order two-loop corrections are used to achieve NNLL resummation, which is then used to derive NNLO soft-gluon corrections. Results are presented for total cross sections, top transverse momentum distributions, and top rapidity distributions. All results are in excellent agreement with data from the LHC and the Tevatron. I also clarify the differences between various methods in top-pair production and their relation to exact NNLO results.

연구 동기 및 목표

• 고차 QCD 보정을 사용하여 하드론 충돌기에서 단일-톱 및 토프-쌍 생성 단면적에 대한 정밀한 이론 예측을 계산하는 것.
• 톱 쿼크 생성 과정에서 부분론적 임계점 근처의 큰 로그 보정 문제를 다루는 것.
• 단일 입자 포함 운동량에서 이중 미분 단면적에 대한 모멘트 공간 재결합의 정확성과 신뢰성을 입증하는 것.
• 다양한 재결합 방법 간의 모순을 명확히 하고, 정확한 NNLO 결과를 근사하는 데 있어 모멘트 공간 접근의 우수성을 확립하는 것.

제안 방법

• 부분론적 임계점의 모멘트 공간에서 소프트-글루온 보정의 NNLL 재결합을 수행하기 위해 이중 순서 소프트 비정상 차원을 활용한다.
• 인식 및 재정규화 그룹의 진화를 사용하여 ln^k(s4/m²)/s4 형태의 로그 강화를 체계적으로 재결합한다.
• 재결합된 단면적을 전개하여 총 및 미분 분포에 모두 유효한 근사적 NNLO 미분 단면적을 유도한다.
• 모든 주요 생성 채널에 적용: 단일 토프의 t-채널, s-채널, tW 생성 및 토프-쌍의 q q-bar 및 g g 융합.
• LHC와 테바트론의 실험 데이터를 총 단면적, pT, 빠르기 분포 등 여러 관측량에 대해 검증한다.
• SCET 및 총 단면적 재결합과 같은 다른 프레임워크와 비교하여 모멘트 공간 pQCD 접근의 이론적 및 수치적 우수성을 부각시킨다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 모멘트 공간에서의 NNLL 재결합이 LHC와 테바트론에서 토프 쿼크 생성에 대해 정확한 NNLO 결과를 얼마나 정확하게 근사하는가?
• RQ2 소프트 글루온 보정이 단일-톱 및 토프-쌍 생성 단면적과 운동량 분포에 어떤 수치적 영향을 미치는가?
• RQ3 특히 모멘트 공간 pQCD와 SCET 또는 총 단면적 재결합 간의 다른 재결합 방법은 정확성과 이론적 일관성에서 어떻게 비교되는가?
• RQ4 소프트 글루온 근사는 다양한 충돌기 에너지와 생성 모드에서 얼마나 유효한가?
• RQ5 1PI 운동량에서 이중 미분 재결합이 총 단면적 재결합보다 이론적 및 수치적 우수성을 얼마나 갖는가?

주요 결과

• 모멘트 공간에서의 NNLL 재결합은 LHC와 테바트론 에너지에서 정확한 NNLO 결과와 1% 미만의 편차로 근사적 NNLO 단면적을 제공한다.
• 7 TeV에서의 t-채널 단일-톱 단면적 예측은 65.9+2.1−0.7+1.5−1.7 pb로, ATLAS 및 CMS 데이터와 뛰어난 일치를 보인다.
• 8 TeV에서의 tW− 연관 생성 단면적은 11.1±0.3±0.7 pb로, ATLAS 및 CMS 측정치와 정확히 일치한다.
• 8 TeV에서의 토프-쌍 단면적은 234+10−7±12 pb로, LHC 데이터와 정확한 NNLO 결과 234 pb와 일치한다.
• LHC에서의 정규화된 토프 쿼크 pT 및 빠르기 분포는 CMS 데이터와 뛰어난 일치를 보이며, 이론 모델의 타당성을 입증한다.
• 이 연구에서 사용된 방법은 1PI 운동량에서의 이중 미분 처리 덕분에 총 단면적 재결합보다 더 정확하고 정보가 풍부한 근사치를 제공한다.