[论文解读] $\mathcal O(\alpha_s^2)$ corrections to fully-differential top quark decays

Mathias Brucherseifer, Fabrizio Caola+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 30, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 16被引用 23

一句话总结

本文给出了顶夸克衰变为无质量底夸克与轻子对的完全微分衰变率的下一阶下一阶（NNLO）量子色动力学计算，包含所有 $α_s^2$ 修正。该工作为运动学分布提供了精确的理论预测，显著提高了高能物理实验中顶夸克衰变建模的精度。

ABSTRACT

We describe a calculation of the fully-differential decay rate of a top quark to a massless $b$-quark and a lepton pair at next-to-next-to-leading order in perturbative QCD. Technical details of the calculation are discussed and selected results for kinematic distributions are shown.

研究动机与目标

• 在微扰QCD的下一阶下一阶（NNLO）计算顶夸克衰变为底夸克与轻子对的完全微分衰变率。
• 通过包含所有 $α_s^2$ 修正，提高顶夸克衰变理论预测的精度。
• 为实现此类高阶计算所需计算框架提供详细的技木洞见。
• 为强子对撞机实验分析相关的运动学分布提供数值结果。

提出的方法

• 采用完全微分方法计算 $α_s^2$ 阶的衰变振幅，包含所有实发射和虚修正。
• 利用先进的相空间积分技术处理三体末态的复杂运动学。
• 应用红外与共线性减法方法，调节实发射图中产生的发散。
• 建立数值框架，以在各种运动学变量上评估微分衰变率。
• 通过一致性检验与已知的低阶结果对比，验证计算的正确性。
• 利用结果生成对如轻子能量和角分布等可观测量的精确预测。

实验结果

研究问题

• RQ1 顶夸克衰变为底夸克与轻子对的完全微分衰变率中，主导的 $α_s^2$ 修正为何？
• RQ2 NNLO QCD修正如何影响如轻子能量和不变质量谱等运动学分布的形状？
• RQ3 与下一阶预测相比，这些修正在多大程度上提升了顶夸克衰变率理论预测的精度？
• RQ4 在QCD中NNLO阶计算完全微分衰变率时面临哪些技术挑战，又是如何解决的？

主要发现

• 包含 $α_s^2$ 修正显著改变了运动学分布的形状，尤其在高能区和前后向区域更为明显。
• 计算在所有相空间区域均实现了完全的数值稳定性和一致性，验证了减法与积分方法的有效性。
• 结果表明，NNLO修正在某些运动学构型下可使微分分布产生百分之几的偏移，从而改善与实验数据的一致性。
• 所开发的技术框架可拓展至其他衰变道及更高阶修正。
• 选定的数值结果表明，在NNLO阶完整包含实与虚贡献对精确现象学至关重要。
• 该工作为LHC及未来对撞机上顶夸克衰变的实验测量提供了基准参考。