[논문 리뷰] Soft and collinear enhancements to top quark and Higgs cross sections

Nikolaos Kidonakis|ArXiv.org|2008. 02. 22.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 모멘트 공간에서의 재결합 기법을 사용하여 테바트론과 LHC에서의 토프 쿼크 및 힉스 보손 생성 단면적에 대한 소프트 및 콜라인어 QCD 보정을 계산한다. 소프트 글루온 보정이 단일 토프 쿼크 생성에서 지배적이며, 특히 s-채널 및 tW 모드에서 두드러지게 나타나지만, b̄b→H를 통한 정확한 힉스 생성을 위해서는 소프트 및 순수 콜라인어 항 모두가 필수적임을 발견하였다. NNNLO 보정은 NNLO 수준을 초과하여 단면적을 10–15% 증가시킨다.

ABSTRACT

I present calculations of soft and collinear corrections to the cross sections for single top quark production, and for Higgs production via b bbar -> H at the Tevatron and the LHC. I show that the corrections provide significant enhancements to the cross sections in both cases. For single top production the soft gluon corrections dominate the cross section, particularly in the s channel and in tW production. For Higgs production it is shown that purely collinear terms have to be included as well to provide an accurate calculation.

연구 동기 및 목표

• 고차수 QCD 보정을 포함시켜 하드론 충돌기에서의 토프 쿼크 및 힉스 보손 생성 단면적의 이론적 정확도를 향상시키기 위해.
• 한계에 가까운 상한에서 강화된 단면적 과정에서 소프트 및 콜라인어 글루온 보정의 중요성을 평가하기 위해.
• 특히 b̄b→H를 통한 힉스 생성에 있어서 소프트-글루온 근사만으로도 정확한 단면적 예측이 가능한지 여부를 판단하기 위해.
• 모멘트 공간 재결합 형식을 사용하여 단일 토프 쿼크 및 힉스 생성의 재결합 단면적에 대한 NNNLO 전개를 제공하기 위해.

제안 방법

• 단면적의 분리 성질을 이용하여 모멘트 공간에서 소프트 및 콜라인어 글루온 보정을 재결합한다.
• 재결합된 단면적을 소프트 및 콜라인어 함수의 지수화된 형태로 표현하며, 하드 산란 인자 H, 소프트 함수 S, 그리고 비례도 γq/q를 포함한다.
• 이 형식은 [ln^k(1−z)/(1−z)]+ 형태의 소프트 보정과 ∝ ln^k(1−z) 형태의 순수 콜라인어 항을 포함하며, 후자는 힉스 생성에 있어 핵심적이다.
• 재결합된 단면적의 NNNLO 전개를 유도하고 이를 보정 계산에 사용하며, 콜라인어 항은 NLL 및 NNLL 정확도로 근사한다.
• 완충된 단면적은 MRST 2006 파arton 분포 함수를 사용하여 부분 입자 단면적과 컨볼루션하여 계산되며, 스케일 μF=μR=mH 또는 mt에서 수행된다.
• 테바트론과 LHC에서의 단면적 및 K-요인에 대한 수치 결과를 제시하며, LO, NLO, NNLO 기준과의 비교를 수행한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 LHC와 테바트론에서 단일 토프 쿼크 생성 단면적에 대한 소프트 및 콜라인어 QCD 보정은 얼마나 중요할까?
• RQ2 소프트-글루온 보정이 토프 쿼크 생성 단면적에서 얼마나 지배적인가, 특히 s-채널 및 tW 모드에서 어떻게 나타나는가?
• RQ3 b̄b→H를 통한 힉스 생성에 있어서 순수 콜라인어 보정이 필수적인가, 아니면 소프트-글루온 근사로도 충분한가?
• RQ4 NNNLO 소프트 및 콜라인어 보정은 힉스 및 토프 쿼크 생성의 총 단면적에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ5 다음 번째 최고차수 및 다음 번째 다음 최고차수 콜라인어 로그를 포함할 경우 정확도에 어떤 정량적 영향을 미치는가?

주요 결과

• 소프트 글루온 보정이 단일 토프 쿼크 단면적을 지배하며, 특히 s-채널 및 tW 생성 모드에서 LHC에서 상당한 증가 효과를 보였다.
• b̄b→H를 통한 힉스 생성에 있어서 순수 콜라인어 항은 Tevatron와 LHC 모두에서 NNLO 보정의 약 60% 기여를 하며, 정확도를 확보하기 위해 필수적이다.
• 다음 번째 최고차수 콜라인어 (NLC) 로그를 포함할 경우, 소프트+가상 항만을 고려한 경우에 비해 테바트론에서 약 30%, LHC에서 약 40% 더 정확한 근사가 가능하다.
• NNNLO 소프트 및 콜라인어 보정은 NNLO 수준을 초과하여 단면적을 추가로 10–15% 증가시키며, S+NNLCapp 곡선은 전체 NNNLO 결과에 대해 좋은 근사치를 제공한다.
• LHC에서의 b̄b→H에 대한 K-요인은 테바트론보다 약간 낮지만, NLO 수준에선 1.6를 초과하고, 전역 보정을 고려한 NNLO 수준에선 약 2.0에 이른다.
• b̄b→H의 파톤 분포 함수 불확실성은 무시할 수 없으며, 특히 테바트론에서 높은 힉스 질량에서 스케일 불확실성과 비슷한 크기이다.