[论文解读] Higher-order Threshold Corrections for Single Top Quark Production

Nikolaos Kidonakis|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2007

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 4

一句话总结

该论文计算了在费米实验室和大型强子对撞机（LHC）上单顶夸克产生过程的高阶软胶球阈值修正，采用阈值重求和方法达到三重对数精度（NNNLO）。研究发现显著增强——在费米实验室（s道）最高达65%，在LHC（s道）最高达55%，表明近阈值区域软胶球效应占主导地位，并且在超越Leading Order（LO）的交叉截面预测中起关键作用。

ABSTRACT

I discuss single top quark production at the Tevatron and the LHC. The cross section, including soft-gluon threshold corrections through NNNLO, is presented for each partonic channel. The higher-order corrections provide significant contributions to the single top cross sections at both colliders.

研究动机与目标

• 计算强子对撞机上单顶夸克产生过程的高阶软胶球修正。
• 评估在αs中达到NNNLO精度的阈值重求和对t道、s道和tW道的影响。
• 通过将软胶球修正与精确NLO结果匹配，提供改进的交叉截面预测。
• 在阈值增强的QCD修正背景下，量化尺度和PDF不确定性。

提出的方法

• 使用阈值重求和方法，在NLL精度下计算αs的NNNLO阶软胶球修正。
• 对一阶微扰计算应用eikonal近似，以推导对数展开中的系数。
• 推导d2σ/dt du的表达式，包含ln^l(s4/m_t^2)/s4+、δ(s4)以及与尺度相关的项（μR, μF）。
• 引入β0 = (11CA - 2nf)/3以描述跑动耦合，并使用CF = (Nc² - 1)/(2Nc)，CA = Nc，其中Nc = 3。
• 将软胶球修正与精确NLO截面匹配，以提高精度。
• 数值结果采用MRST 2004 NNLO部分子分布函数。

实验结果

研究问题

• RQ1 软胶球修正如何影响Tevatron和LHC上单顶夸克截面？
• RQ2 在不同部分子道中，NNNLO阈值修正对截面的增强程度如何？
• RQ3 在两个对撞机中，t道、s道和tW道的K因子（高阶/LO比值）如何变化？
• RQ4 尺度和PDF不确定性如何影响最终的截面预测？
• RQ5 与完整QCD修正相比，哪些道中阈值近似是有效的？

主要发现

• 在Tevatron上，s道单顶夸克产生过程的NNNLO修正导致最高达65%的增强，当mt = 170 GeV时，截面为σ = 0.56 ± 0.03 pb。
• 在Tevatron的t道中，修正较小（最高约15%增强），当mt = 170 GeV时，截面为σ = 1.17 ± 0.06 pb。
• 在LHC上，s道单顶夸克产生过程的修正最高达55%增强，当mt = 170 GeV时，σ_top = 8.0+0.6/-0.5 pb。
• 在LHC的tW道中，修正约为60%增强，当mt = 170 GeV时，σ = 44 ± 5 pb，使其成为主导道。
• 在LHC的t道中，软胶球修正的可靠性较低；仅更新了精确NLO结果，当mt = 170 GeV时，σ_top = 152 ± 6 pb。
• 该研究证实，在t道和s道中，单反顶夸克产生截面与顶夸克产生截面相同，但在tW道中由于电荷共轭对称性而不同。