[論文レビュー] Top-Antitop Pair Production close to Threshold: Synopsis of recent NNLO Results

André H. Hoang, Μ. Beneke+11 more|ArXiv.org|Jan 27, 2000

Advancements in Photolithography Techniques被引用数 28

ひとこと要約

この論文は、非相対論的効果的場理論を用いて、線形衝突型加速器における閾値近傍のトップ–アンチトップ対生成の最近の次々次の順序（NNLO）QCD計算を統合する。複数の研究グループの結果を比較し、特に断面積の正規化において約20％の顕著な理論的不確実性を特定し、トップクォーク質量、幅、および結合定数の精度測定にはNNNLO補正および電弱効果のより良い取り扱いが不可欠であると結論づける。

ABSTRACT

Using non-relativistic effective theories, new next-to-next-to-leading order (NNLO) QCD corrections to the total $t\bar t$ production cross section at the Linear Collider have been calculated recently. In this article the NNLO calculations of several groups are compared and the remaining uncertainties are discussed. The theoretical prospects for an accurate determination of top quark mass parameters are discussed in detail. An outlook on possible future improvements is given.

研究の動機と目的

• 非相対論的効果的場理論を用いて、閾値近傍の全t\bar{t}生成断面積の最近のNNLO QCD計算を比較・統合すること。
• 全断面積線形形状の正規化およびピーク位置における理論的不確実性を評価すること。これらはトップクォーク質量および幅の精度測定に不可欠である。
• 線形衝突型加速器における閾値スキャンから、トップクォーク質量パラメータおよび結合定数（例えばグルーオンおよびヒッグス粒子への結合）を抽出する可能性を評価すること。
• 残存する理論的課題、特にNNNLO補正およびNLOを超える一貫性のある電弱効果の取り扱いの必要性を特定すること。
• 実験的目標（質量分解能50 MeV未満、幅の決定精度20％未満）に見合った理論的精度の未来の向上のためのロードマップを提供すること。

提案手法

• 全t\bar{t}生成断面積のNNLOにおけるQCD補正を体系的に計算するために、非相対論的QCD（NRQCD）およびポテンシャル非相対論的QCD（pNRQCD）効果的場理論を用いる。
• ポール質量スキームに加えて、短距離質量（例：短距離質量）などの代替質量定義を用いて、非相対論的系におけるポール質量の不安定性に対処する。
• 効果的理論における走び移動群の発展を用いて、大きな対数を再結合させ、摂動的収束性を向上させる。
• 複数の独立した研究グループ（例：Hoang–Teubner、Melnikov–Yelkhovsky、Beneke–Signer–Smirnov、Nagano–Ota–Sumino、Penin–Pivovarov）の結果を比較し、一貫性を評価し、理論的不確実性を推定する。
• 最終的な断面積予測に与える正則化スキームおよび計算技法の影響を評価する。
• NLOを超える非因数的電弱補正の大きさを評価する。これらは現在、一貫性のあるNNLO取り扱いが欠如している。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NNLO QCD補正は、閾値近傍の全t\bar{t}生成断面積にどのように影響を与え、トップクォーク質量および幅の決定にどのような影響を及えるか？
• RQ2 なぜNNLO補正が、ピーク位置および断面積正規化の両方において、NLO計算からの予想を上回るのか？
• RQ3 異なる理論的アプローチおよび正則化スキームがNNLO予測に与える影響の程度はどのくらいか？また、これにより理論的不確実性を推定できるか？
• RQ4 断面積の正規化における主な理論的不確実性の原因は何か？また、これらはNNNLO計算によって軽減可能か？
• RQ5 現在のところ、電弱補正はNNLOでどの程度の状態にあり、微分的観測量（例：トップクォーク運動量分布やレプトンスペクトル）にどのように影響を与えるか？

主な発見

• NNLO QCD補正は、特にピーク位置および正規化において、NLOから予想されるよりも顕著に大きな影響を全t\bar{t}断面積に与える。
• NNLO断面積の正規化には理論的不確実性が約20％程度推定され、これはトップクォーク幅および結合定数の精度測定を脅かす。
• 計算においてポール質量を用いることは、Λ_QCD程度の曖昧性を引き起こし、安定なトップクォーク質量抽出のためには短距離質量定義の採用が不可欠である。
• 非因数的電弱補正は、全断面積に対してNLOでキャンセルされ、中心系エネルギーのiΓ_tによる単純なシフトに帰着するが、NNLOにおけるその大きさは未だ不明である。
• 微分的観測量（例：トップクォーク運動量分布、前後非対称性）に対するNNLO補正はまだ得られておらず、現実的な不確実性推定を制限している。
• 特に三ループ静的ポテンシャルおよび短距離係数の計算を含むNNNLO補正の計算は、理論的不確実性を低減する次の重要な段階である。