[논문 리뷰] Soft gluon resummation for squark and gluino pair-production at hadron colliders

W. Beenakker, Silja Brensing외 5명|arXiv (Cornell University)|2010. 01. 18.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 1인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 하드론 충돌기에서 스夸크와 글루ино 쌍 생성에 대해 소프트 글루온 재결합을 다음 주요 로그(Next-to-Leading-Logarithmic, NLL) 수준에서 수행한다. 이는 1-loop 이물도를 사용하여 임계 상태 로그를 재결합하는 방법으로, 테바트론에서 이론적 단면적 예측을 최대 18% 향상시키고 이론적 불확실성을 약 30% 감소시킨다. 결과는 LHC와 테바트론에서 NLO 정확도를 초월하는 초대칭 탐색에 적용 가능하다.

ABSTRACT

We report on the study of soft gluon effects in the production of squarks and gluinos at hadron colliders. Close to production threshold, the emission of soft gluon results in the appearence of large logarithmic corrections in the theoretical expressions. In order to resum these corrections at next-to-leading-logarithmic accuracy appropriate one-loop anomalous dimensions have to be calculated. We present the calculation of the anomalous dimensions for all production channels of squarks and gluinos and provide numerical predictions for the Tevatron and the LHC.

연구 동기 및 목표

• 소프트 글루온 방출에 기인한 큰 임계 상태 로그를 재결합하여 하드론 충돌기에서 스쿼크와 글루노의 쌍 생성에 대한 이론적 예측을 향상시키기 위해.
• 스쿼크와 글루노를 포함한 모든 관련 생성 채널에 대해 1-loop 이물도를 계산하기 위해.
• 테바트론과 LHC에 대한 정확한 재결합 단면적 예측을 제공하여 초대칭 탐색의 정밀도를 향상시키기 위해.
• NLL 재결합을 NLO 결과와 매칭함으로써 스파티클 생성 단면적의 이론적 불확실성을 감소시키기 위해.
• 하드론 충돌기에서의 실험적 초대칭 탐색에서 더 신뢰할 수 있는 배제 한계와 스파티클 질량 결정을 가능하게 하기 위해.

제안 방법

• Mellin 모멘트 공간를 사용하여 αs^n log^k(β²) 형태의 임계 상태 로그를 재결합하며, 여기서 k=2n,…,0 이고 β=√(1−4m²/ŝ)이다.
• 소프트 이물도 행렬을 대각화하기 위해 SU(3) 색 공간에서의 색 단일 상태 기저를 적용하여 재결합을 단순화한다.
• 모든 생성 채널(qq̄→q̄q̄, qg→q̄g, 등)에 대해 불변 SU(3) 표현에서의 1-loop 소프트 이물도 D_ij→kl,I^(1)를 계산한다.
• 모든 에너지 스케일에서 정확도를 확보하기 위해 NLL 재결합 단면적을 완전한 NLO 결과와 NLL+NLO 체계를 통해 매칭한다.
• MSTW 2008 NLO 파arton 분포 함수와 5개의 활성 쿼크를 사용한 MS̄ 체계에서의 2계수 αs를 사용한다.
• 최종 단면적 예측의 이론적 불확실성을 추정하기 위해 스케일 변동(m/2 ≤ μ ≤ 2m)을 수행한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 소프트 글루온 보정은 하드론 충돌기에서 스쿼크와 글루노 쌍 생성의 총 단면적에 임계 상태 근처에서 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 NLL 소프트 글루온 재결합은 스파티클 생성 단면적의 이론적 불확실성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 다양한 스파티클 질량 스케일과 충돌기 에너지에서 재결합된 단면적과 NLO 결과는 어떻게 비교되는가?
• RQ4 예를 들어 gg→gg̃, qg→q̃g̃와 같은 어떤 생성 채널에서 소프트 글루온 방출로 인한 보정이 가장 크며?
• RQ5 소프트 글루온 재결합은 테바트론과 LHC에서의 초대칭 단면적 예측 정확도를 어느 정도 향상시키는가?

주요 결과

• 테바트론에서 평균 스파티클 질량이 600 GeV일 경우, NLL 소프트 글루온 재결합은 포함된 스쿼크와 글루노 생성의 총 단면적을 최대 18% 증가시킨다.
• NLL+NLO 단면적은 스케일 변동 범위 m/2 ≤ μ ≤ 2m 내에서 NLO 결과에 비해 약 30%의 이론적 불확실성을 감소시킨다.
• 고색 전하와 카시미르 불변량이 높기 때문에 글루온 초기 상태와 글루노가 최종 상태에 있는 과정에서 가장 큰 보정이 발생한다.
• LHC에서는 스파티클 질량이 3 TeV 이하일 경우 테바트론보다 보정이 더 작으며, 이는 임계 상태에서의 평균 거리(1−ρ)가 더 크기 때문이다.
• 포괄적 생성(pp̄→q̄q̄+q̄q̄+q̄g̃+g̃g̃+X)에 대한 재결합 결과는 현재까지 이러한 과정에 대해 가용한 가장 정확한 이론적 예측이다.
• 모든 채널에 대해 소프트 이물도 계수 D_ij→kl,I^(1)를 명시적으로 계산하였으며, q̄q→q̄q̄의 경우 {−4/3, −10/3}과 qg→q̄g̃의 경우 {−4/3, −10/3, −16/3}과 같은 값들이 다양한 SU(3) 불변 표현에서 도출되었다.