[论文解读] Electroweak corrections to $t\bar{t}$ production at hadron colliders

W. Bernreuther, Michael Fücker+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 8, 2008

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 20被引用 10

一句话总结

本文计算了强子对撞机上顶夸克对（$t\bar{t}$）产生过程中的电弱修正，重点研究了弱相互作用对顶夸克横动量和$t\bar{t}$不变质量分布的贡献，并识别出一个微小但可计算的宇称-violating正向-后向不对称性$A_{PV}$。关键结果表明，当$M_{t\bar{t}} > 1.5$ TeV时，$A_{PV}$可达到0.5%，尽管其在标准模型中数值较小，但仍是探测新物理的敏感探针。

ABSTRACT

We report on our recent work on electroweak corrections to $t\bar{t}$ production at hadron colliders. Specifically, we discuss the weak-interaction contributions to the top quark transverse momentum and $t \bar{t}$ invariant mass distributions and an induced parity-violating top-spin asymmetry.

研究动机与目标

• 计算Tevatron和LHC上$t\bar{t}$产生的下一阶（NLO）电弱修正，包括弱相互作用和QED贡献。
• 评估这些修正对微分分布（如顶夸克横动量和$t\bar{t}$不变质量）的影响。
• 评估标准模型中由弱相互作用诱导的宇称-violating正向-后向不对称性$A_{PV}$，作为探测新物理的精密探针。
• 为自旋不对称性和分布提供精确的标准模型预测，以指导未来LHC数据分析。

提出的方法

• 分析采用五味子方案，使用NLO部分子分布函数（CTEQ6.1M），并包含NLO QCD、弱和QED修正。
• 对子过程$gg \to t\bar{t}$、$q\bar{q} \to t\bar{t}$和$qg \to t\bar{t}q$计算电弱修正，将贡献按顺序分离为$\alpha^2$、$\alpha\alpha_s$、$\alpha^2\alpha_s$和$\alpha\alpha_s^2$。
• 通过计算自旋螺旋度不对称性$\Delta_{\text{hel}}$来量化$t\bar{t}$产生中的宇称-violating效应。
• 宇称-violating不对称性$A_{PV}$通过在$t\bar{t}$静止参考系中的正向-后向不对称性定义，其来源于$t\bar{t}$不变质量分布。
• 分析弱修正的尺度依赖性，并表明$b\bar{b}$和$qg$通道贡献之和中该依赖性在很大程度上相互抵消。
• 在有无动量截断条件下评估结果，确认当$p_T^{\text{min}} = 30$ GeV时结果具有稳定性。

实验结果

研究问题

• RQ1 电弱修正如何影响LHC和Tevatron上$t\bar{t}$截面及微分分布？
• RQ2 由弱相互作用在$t\bar{t}$产生中诱导的宇称-violating不对称性$A_{PV}$的大小及其尺度依赖性如何？
• RQ3 在高能下，弱修正对$t\bar{t}$不变质量和顶夸克横动量分布的影响与QCD修正相比如何？
• RQ4 标准模型对$A_{PV}$的预测能否作为探测标准模型之外新物理的基准？
• RQ5 在大$M_{t\bar{t}}$下，由$b$夸克初态过程对弱修正的贡献如何？

主要发现

• 电弱修正对$t\bar{t}$截面的影响较小但不可忽略，弱修正在$\mu = m_t/2$时对LHC的贡献约为-14.1 pb，而QED修正约为+4.78 pb。
• 在LHC上，弱修正对$t\bar{t}$不变质量分布的影响在高$M_{t\bar{t}}$下显著，其中$b\bar{b}$初态通道对不对称性贡献较大。
• 宇称-violating不对称性$A_{PV}$在$M_{t\bar{t}} > 1.5$ TeV时达到0.005，对应$M_{t\bar{t}} > 0.5$ TeV和$>1$ TeV时分别为0.0004和0.0021。
• 对$\Delta_{\text{hel}}$的弱修正表现出强烈的尺度依赖性，但当对$b\bar{b}$和$qg$贡献求和时，该依赖性显著抵消。
• 在NLO下，$b$夸克部分子分布函数增强了大$M_{t\bar{t}}$时对$\Delta_{\text{hel}}$的弱修正，从而提高了其对新物理的敏感性。
• 标准模型对$A_{PV}$的预测虽小但未来LHC的高精度测量可探测，使其成为探测新宇称-violating相互作用的理想传感器。