[논문 리뷰] Top quark cross sections and differential distributions

Nikolaos Kidonakis|arXiv (Cornell University)|2011. 05. 17.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 2인용 수 9

한 줄 요약

이 논문은 Tevatron 및 LHC에서 탑 쿼크 쌍 및 단일 탑 쿼크 생성 단면적에 대해 다음 이웃 최고 순서(NNLO) QCD 보정을 NNLL 임계값 복합화를 사용하여 제시한다. NNLO 보정은 NLO 대비 총 단면적을 7.6–7.8% 향상시키며, 이는 이론적 스케일 의존도를 크게 감소시키며, 두 가속기에서 이론과 실험 데이터 사이에 뛰어난 일치를 보인다.

ABSTRACT

I present results for the top quark pair total cross section and the top quark transverse momentum distribution at Tevatron and LHC energies. I also present results for single top quark production. All calculations include NNLO corrections from NNLL threshold resummation.

연구 동기 및 목표

• Tevatron 및 LHC 에너지에서 NNLO QCD 보정을 사용하여 정밀한 탑 쿼크 쌍 및 단일 탑 쿼크 생성 단면적을 계산하기 위해.
• 부드러운 글루온 보정의 영향을 NNLL 임계값 복합화를 통해 총 단면적 및 미분 분포에 평가하기 위해.
• NNLO 근사에서 스케일 및 PDF 의존도를 평가하여 이론적 불확실성을 줄이기 위해.
• Tevatron 및 LHC에서 CDF, D0, ATLAS, CMS의 실험 측정치와 이론 예측을 비교하기 위해.
• 고에너지 하드론 가속기에서 탑 쿼크 물리에 대한 정확한 단면적 예측을 제공하기 위해.

제안 방법

• 탑 쿼크 쌍 및 단일 탑 생성에서 지배적인 부드러운 글루온 보정을 포함하기 위해 NNLL 임계값 복합화를 활용하였다.
• 파트론 수준의 임계값에서 복합된 단면적을 전개하여 유도된 근사 NNLO 단면적을 사용하였다.
• 모든 계산에 대해 MSTW 2008 NNLO 구간 분포 함수(PDFs)를 적용하였다.
• 분리 및 재정규화 스케일을 $m_t/2$ 에서 $2m_t$ 사이로 변화시켜 스케일 의존도를 계산하였다.
• 동일한 복합화 프레임워크를 사용하여, 탑 쿼크의 횡방향 운동량을 포함한 미분 분포를 계산하였다.
• t-채널, s-채널 및 연관된 $tW$ 생성 과정을 통해 단일 탑 쿼크 생성으로 결과를 확장하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Tevatron 및 LHC 에너지에서 NNLO QCD 보정은 탑 쿼크 쌍 생성 총 단면적에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 NNLL 정확도의 부드러운 글루온 복합화는 탑 쿼크 단면적에서 이론적 불확실성을 어느 정도 감소시키는가?
• RQ3 NNLO 근사 예측은 CDF, D0, ATLAS 및 CMS의 실험 측정치와 얼마나 잘 일치하는가?
• RQ4 NNLO 보정은 탑 쿼크의 횡방향 운동량 분포에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 t-채널, s-채널, $tW$ 생성에서의 단일 탑 쿼크 생성 단면적은 가속기 에너지 및 PDF 불확실성에 따라 어떻게 변화하는가?

주요 결과

• Tevatron(1.96 TeV)에서 NNLO 근사 탑 쿼크 쌍 단면적은 $7.08^{+0.00}_{-0.24}^{+0.36}_{-0.27}$ pb이며, NLO 대비 7.8% 향상되었다.
• LHC(7 TeV)에서 NNLO 근사 단면적은 $163^{+7}_{-5}^{+9}_{-9}$ pb이며, NLO 대비 7.6% 증가하였다.
• NNLO 보정은 스케일 의존도를 크게 감소시켰으며, 근사값과 정확한 NLO 보정 간의 차이가 1% 미만이었다.
• 탑 쿼크 횡방향 운동량 분포는 NNLO 보정으로 향상되었지만, 형태는 거의 그대로 유지되었다.
• t-채널 단일 탑 생성의 경우, Tevatron에서 NNLO 보정은 4% 증가를, LHC(7 TeV)에서는 1% 감소를 가져왔다.
• s-채널 단일 탑 생성의 경우, Tevatron에서 NNLO 보정은 단면적을 15% 증가시켰고, LHC(7 TeV)에서는 13% 증가시켰으며, LHC에서 반탑의 단면적은 1.42 pb였다.