[论文解读] Higher-order corrections to top-antitop pair and single top quark production

Nikolaos Kidonakis|ArXiv.org|Aug 31, 2009

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 16被引用 16

一句话总结

本文针对 Tevatron 和 LHC 上的顶-反顶夸克对及单顶夸克产生过程，计算了高阶 QCD 修正，采用 NLL 和 NNLL 精度的软胶球修正进行重求和，以提升理论截面精度。该研究实现了总截面与微分截面的近似 NNLO 和 NNNLO 精度，显著降低了尺度依赖性，并增强了与实验数据的一致性，尤其在顶夸克横动量分布及阈值附近的截面预测方面表现突出。

ABSTRACT

I present the latest results on the theoretical cross section for top-antitop pair production as well as for single top production at the Tevatron and the LHC. The calculations include higher-order soft-gluon corrections which are dominant near threshold. The top quark transverse momentum distribution is also presented.

研究动机与目标

• 通过包含高阶 QCD 修正，改进顶夸克对及单顶夸克产生过程的理论预测。
• 通过重求和阈值附近主导的软胶球修正，减少截面预测中的理论不确定性。
• 提供对精确运动学敏感的全微分截面，包括横动量分布。
• 对比不同部分子分布函数（PDF）和顶夸克质量下的结果，评估其对截面预测的影响。
• 将精度扩展至单顶夸克产生通道（t-通道、s-通道、tW 通道），达到近似 NNNLO 精度。

提出的方法

• 在 eikonal 近似下使用软胶球重求和，以实现 NLL 和 NNLL 精度的修正计算。
• 应用一环及两环计算，实现顶对产生过程的 NNLL 精度。
• 通过展开重求和截面，推导出近似 NNLO 和 NNNLO 截面。
• 将微分结果与精确 NLO 计算匹配，确保动量分布的一致性。
• 在微分层次上进行计算，实现对横动量及其他分布的精确预测。
• 使用多种 PDF 集（MRST 2006、CTEQ6.6M、MSTW 2008）评估 PDF 依赖性及不确定性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 Tevatron 和 LHC 上，高阶软胶球修正如何影响顶-反顶夸克对产生过程的总截面？
• RQ2 NNLO 修正在多大程度上减少了顶夸克对产生截面的尺度依赖性？
• RQ3 从 NLO 到近似 NNLO，顶夸克横动量分布如何演化？
• RQ4 在近似 NNNLO 精度下，不同单顶夸克产生通道（t、s、tW）的相对贡献如何？
• RQ5 顶夸克质量及 PDF 集的变化如何影响理论预测的精度？

主要发现

• 在 Tevatron（1.96 TeV）上，对于 172 GeV 的顶夸克，近似 NNLO 截面为 7.80 pb（MRST）、7.39 pb（CTEQ6.6M）和 7.24 pb（MSTW 2008），相比 NLO 显著降低了尺度依赖性。
• 在 LHC（14 TeV）上，对于 172 GeV 的顶夸克，近似 NNLO 截面为 968 pb（MRST）、919 pb（CTEQ6.6M）和 943 pb（MSTW 2008），显示出显著增强及不确定性降低。
• 在 LHC 7 TeV 能量下，对于 172 GeV 的顶夸克，近似 NNLO 截面为 170 ± 10 pb（MSTW 2008），与实验测量结果高度一致。
• 与 NLO 相比，NNLO 下顶夸克横动量分布得到增强，形状变化极小，证实了高阶修正的重要性。
• 在 Tevatron 上，单顶夸克产生中 t-通道占主导，截面为 1.07 pb（172 GeV），s-通道为 0.54 pb，tW 产生为 0.11 pb，均达到近似 NNNLO 精度。
• 在 LHC 上，t-通道在数值上占主导，tW 产生截面居第二位，而 s-通道由于动力学抑制而相对较小。