[论文解读] Next-to-Leading-Order Corrections to Weak Boson Production with a Massive Quark Jet Pair at Hadron Colliders

F. Febres Cordero|ArXiv.org|Sep 23, 2008

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 85被引用 6

一句话总结

本文计算了强子对撞机上W/Z玻色子与一个重夸克对b-b̄产生过程的下一阶量子色动力学修正，考虑了有限底夸克质量效应。与领先阶计算相比，该研究显著降低了尺度依赖性，并在低不变质量区域揭示了与无质量夸克近似相比的显著偏差，这对精确测量希格斯玻色子和顶夸克物理具有重要意义。

ABSTRACT

We present the calculation of Next-to-Leading-Order Quantum Chromo Dynamics corrections for the production of a W or Z weak boson associated with a bottom anti-bottom quark pair at hadron colliders (p anti-p, pp to W/Z b anti-b), including the effects of a non-zero bottom-quark mass. We find a considerable reduction of the renormalization and factorization scale dependence of our results with respect to Leading-Order calculations. In particular, we study the impact of the corrections on the total cross section and invariant mass distributions of the bottom anti-bottom quark pair at the Fermilab Tevatron collider. We perform a detailed comparison with a calculation that considers massless bottom quarks and find significant deviations in regions of phase space with small invariant mass of the bottom anti-bottom quark pair. Our results will be relevant to ongoing and future searches at hadron colliders, as the W/Z b anti-b production mode is the main background to important signals, such as light Standard Model Higgs boson production or single top-quark production.

研究动机与目标

• 计算强子对撞机上W/Z玻色子与一个重b-b̄夸克对产生过程的下一阶QCD修正。
• 评估有限底夸克质量对总截面和不变质量分布的影响。
• 将结果与无质量夸克近似进行比较，识别低不变质量区域的显著偏差。
• 提升Tevatron与LHC中希格斯玻色子和单顶夸克搜寻关键背景的理论精度。
• 为强子对撞机上顶夸克与希格斯玻色子物理的高精度现象学提供可靠框架。

提出的方法

• 在强子对撞机上，对过程p p̄ → W/Z + b + b̄ 全面采用解析方法计算下一阶QCD修正。
• 在整个计算过程中引入有限底夸克质量效应，避免使用无质量夸克近似。
• 采用维度正则化与't Hooft-Veltman方案处理紫外与红外发散。
• 在费米实验室Tevatron上对总截面与b-b̄不变质量分布进行数值计算。
• 与无质量夸克计算结果进行对比，以分离有限夸克质量的影响。
• 分析规范变换与因子化尺度依赖性，评估理论不确定性的降低程度。

实验结果

研究问题

• RQ1 有限底夸克质量效应如何改变W/Z + b-b̄产生过程的总截面？
• RQ2 与领先阶预测相比，下一阶QCD修正在多大程度上降低了截面的尺度依赖性？
• RQ3 在b-b̄不变质量谱中，有限质量与无质量底夸克计算之间的显著偏差出现在何处？
• RQ4 这些修正如何影响W/Z + b-b̄作为希格斯玻色子与顶夸克搜寻背景的可靠性？
• RQ5 有限夸克质量对低不变质量区域动力学分布的定量影响是什么？

主要发现

• 与领先阶结果相比，引入有限底夸克质量可显著降低由规范变换与因子化尺度变化引起的理论不确定性。
• 在b-b̄对的低不变质量区域，特别是分布峰区，有限质量与无质量夸克计算之间观察到显著偏差。
• 下一阶修正提高了在不同尺度选择下截面预测的稳定性，增强了与实验比较的可靠性。
• 结果表明，无质量夸克近似在低质量b-b̄末态的高精度研究中不足为凭，尤其是在Z玻色子共振区附近。
• 计算得到的截面与分布可直接用于降低标准模型希格斯玻色子搜寻与单顶夸克产生中背景的不确定性。
• 本研究证实，有限夸克质量效应不可忽略，必须包含在强子对撞机高精度现象学分析中。