[논문 리뷰] Top Quark Theoretical Cross Sections and pT and Rapidity Distributions

Nikolaos Kidonakis|arXiv (Cornell University)|2011. 09. 15.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 15인용 수 12

한 줄 요약

이 논문은 테바트론과 LHC에서의 토크워크 쌍 및 단일 토크워크 생성 단면적에 대한 이론적 예측을 제시하며, 다음 중다수의 이론적 보정을 통해 유도된 약간의 이중-다음-최고-순서(NNLO) 보정을 사용한다. 이 보정은 다음 중다수의 로그 이론적 보정(NNLL) 소프트 글루온 재결합에서 유도된다. 결과적으로 NLO 예측보다 상당한 증가가 나타나며, 단일 토크워크 채널에서는 최대 15%까지 증가하고, 이론적 불확실성을 감소시켜 Tevatron 및 LHC의 모든 충돌 에너지와 생성 모드에서 이론이 CDF, D0, ATLAS, CMS 데이터와 강하게 일치하게 된다.

ABSTRACT

I present theoretical results for the top quark pair total cross section, and for the top quark transverse momentum and rapidity distributions at Tevatron and LHC energies. I also present results for single top quark production in the t- and s-channels and also via associated production with a W boson. The calculations include approximate NNLO corrections that are derived from NNLL soft-gluon resummation.

연구 동기 및 목표

• 하드론 충돌기에서의 토크워크 쌍 및 단일 토크워크 생성 단면적에 대한 이론적 예측을 향상시키기 위해 고차수 QCD 보정을 포함시키는 것.
• NNLL 소프트 글루온 재결합에서 유도된 약간의 NNLO 보정을 적용하여 토크워크 단면적의 이론적 불확실성을 감소시키는 것.
• 테바트론 및 LHC 에너지에서 CDF, D0, ATLAS, CMS의 실험 측정치와 이론적 예측을 비교하는 것.
• 소프트 글루온 보정이 전단 운동량 및 빠른도 분포와 같은 미세 분포에 미치는 영향을 분석하는 것.
• 소프트 글루온 재결합이 토크워크 전진-후진 비대칭 예측 정확도 향상에 미치는 역할을 평가하는 것.

제안 방법

• NNLL 재결합된 소프트 글루온 보정을 전개하여 토크워크 쌍 및 단일 토크워크 생성 과정에 대한 약간의 NNLO 단면적을 유도한다.
• 소프트 글루온 보정이 지배하는 부분론적 임계 상태에 집중하기 위해 단일 입자 포함(1PI) 운동역학을 적용한다.
• 이중 순환 소프트 이异常도 매트릭스를 사용하여 재결합에서 NNLL 정확도를 달성하고, 신뢰할 수 있는 약간의 NNLO 결과를 가능하게 한다.
• 정확한 NLO 단면적과 약간의 NNLO 보정을 조합하여 향상된 총 단면적 및 미세 단면적을 도출한다.
• 스케일 변동(분리 및 재정의 스케일)과 90% 신뢰수준에서의 파arton 분포 함수(MSTW2008) 불확실성을 통해 이론적 불확실성을 평가한다.
• 테바트론 및 LHC 에너지에서 단면적, $p_T$ 및 빠른도 분포, 전진-후진 비대칭에 대한 수치적 연구를 수행한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 소프트 글루온 재결합에서 유도된 약간의 NNLO 보정은 테바트론 및 LHC에서의 총 토크워크 쌍 생성 단면적에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 소프트 글루온 보정은 스케일 의존성과 같은 이론적 불확실성을 어느 정도 감소시키는가?
• RQ3 NNLO 보정이 포함될 경우 토크워크의 전단 운동량 및 빠른도 분포는 어떻게 변화하는가?
• RQ4 왜 테바트론에서 이론적 전진-후진 비대칭은 관측된 값보다 상당히 낮은가?
• RQ5 LHC에서의 $t$-, $s$-채널 및 연관된 $tW^{-}$ 생성에서 NNLO 보정은 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• LHC(14 TeV)에서 $t\bar{t}$ 생성의 약간의 NNLO 단면적은 $m_t = 173$ GeV일 때 $92^{+2}_{-1}{}^{+2}_{-3}$ pb이며, NLO 결과보다 7.8% 증가한다.
• 테바트론(1.96 TeV)에서 $t\bar{t}$ 단면적은 $7.08{}^{+0.00}_{-0.24}{}^{+0.36}_{-0.27}$ pb이며, NLO보다 CDF 및 D0 데이터와의 일치가 향상되었다.
• LHC(14 TeV)에서 $t$-채널 단일 토크워크 단면적은 $92{}^{+2}_{-1}{}^{+2}_{-3}$ pb이며, NNLO 보정으로 NLO 결과가 약 13% 증가하였다.
• LHC(14 TeV)에서 $s$-채널 단일 토크워크 단면적은 $7.93\pm0.14{}^{+0.31}_{-0.28}$ pb이며, NNLO 보정으로 NLO 결과보다 약 13% 증가하였다.
• LHC(14 TeV)에서 연관된 $tW^{-}$ 생성 단면적은 $41.8\pm1.0{}^{+1.5}_{-2.4}$ pb이며, NNLO 보정으로 8% 증가하였다.
• 전단 운동량 및 빠른도 분포에 대한 이론적 예측은 NNLO 보정이 단면적을 증가시키고 스케일 의존성을 감소시키지만, 분포 형태에 큰 변화를 주지 않는다.