[論文レビュー] Top quark cross sections and differential distributions

Nikolaos Kidonakis|arXiv (Cornell University)|May 17, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 2被引用数 9

ひとこと要約

本稿では、TeVatronおよびLHCにおけるトップクォーク対およびシングルトップクォーク生成断面積に対する次々次の順序（NNLO）QCD補正を、NNLL閾値再結合を用いて提示する。NNLO補正はNLOに対して全断面積を7.6–7.8%増加させ、理論的スケール依存性を顕著に低減する。両加速器における理論と実験データの間には優れた一致が得られている。

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.

研究の動機と目的

• TeVatronおよびLHCのエネルギーにおけるトップクォーク対およびシングルトップクォーク生成断面積を、NNLO QCD補正を用いて高精度に計算すること。
• 軟光子補正のNNLL閾値再結合による影響が全断面積および微分断面積に与える影響を評価すること。
• NNLO近似におけるスケールおよびPDF依存性を評価することで理論的不確実性を低減すること。
• CDF、D0、ATLAS、CMSが得た実験的測定値と理論的予測を両加速器で比較すること。
• 高エネルギーハドロン衝突装置におけるトップクォーク物理学の正確な断面積予測を提供すること。

提案手法

• トップクォーク対およびシングルトップ生成における主要な軟光子補正を含めるために、NNLL閾値再結合を用いた。
• 部分的閾値における再結合断面積の展開から得られる近似NNLO断面積を用いた。
• すべての計算にMSTW 2008 NNLOパートン分布関数（PDF）を適用した。
• 因子化スケールおよび結合スケールを$m_t/2$から$2m_t$まで変化させることでスケール依存性を計算した。
• 同じ再結合フレームワークを用いて、トップクォークの横方向運動量の微分断面積も計算した。
• $t$チャネル、$s$チャネル、および関連する$tW$生成過程を介して、シングルトップクォーク生成への結果を拡張した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NNLO QCD補正は、TeVatronおよびLHCエネルギーにおける全トップクォーク対生成断面積にどのように影響するか？
• RQ2 NNLL精度での軟光子再結合は、トップクォーク断面積における理論的不確実性をどの程度低減するか？
• RQ3 NNLO近似予測は、CDF、D0、ATLAS、CMSの実験的測定値とどの程度一致するか？
• RQ4 NNLO補正はトップクォークの横方向運動量分布にどのような影響を与えるか？
• RQ5 $t$チャネル、$s$チャネル、$tW$生成におけるシングルトップクォーク生成断面積は、加速器エネルギーおよびPDF不確実性の変化にどのように応答するか？

主な発見

• TeVatron（1.96 TeV）では、NNLO近似のトップクォーク対断面積は$7.08^{+0.00}_{-0.24}^{+0.36}_{-0.27}$ pbであり、NLOに対して7.8%の増加を示す。
• LHC（7 TeV）では、NNLO近似断面積は$163^{+7}_{-5}^{+9}_{-9}$ pbであり、NLOに対して7.6%の増加を示す。
• NNLO補正はスケール依存性を顕著に低減し、近似値と正確なNLO補正との差が1%未満にとどまる。
• トップクォークの横方向運動量分布はNNLO補正によって強化されるが、分布の形状はほとんど変わらない。
• $t$チャネルのシングルトップ生成では、TeVatronで4%の増加、LHC（7 TeV）で1%の減少を示す。
• $s$チャネルのシングルトップ生成では、TeVatronで15%の増加、LHC（7 TeV）で13%の増加を示し、LHCにおけるアンチトップ生成断面積は1.42 pbである。