[论文解读] NNLO B-fragmentation fits and their application to $t\bar t$ production and decay at the LHC

M. Czakon, Terry Generet+2 more|arXiv (Cornell University)|Oct 12, 2022

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 5

一句话总结

本文首次提出了B-强子、J/ψ及μ子从半轻衰变中产生的下一阶下一阶微扰碎片化函数（NNLO非微扰碎片化函数，NPFFs），其与NNLO计算及软胶子重求和完全一致。作者将这些NPFFs应用于LHC中顶夸克对产生与衰变的最先进预测，实现了首次基于识别的B-强子及其衰变产物的NNLO精度顶夸克质量提取。

ABSTRACT

In this work we derive three sets of non-perturbative fragmentation functions, with uncertainties, for $B$-hadrons, $J/ψ$'s and muons resulting from semileptonic $B$ decays. All three sets are with next-to-next-to leading order accuracy and include next-to-next-to leading logarithmic soft gluon resummation. The novel feature of these new sets is that they are fully consistent with our formalism for next-to-next-to leading order (NNLO) calculations for final states with identified $B$, $J/ψ$ or a $μ$. We employ the fragmentation functions derived in this work to make state of the art predictions for such final states in $t\bar t$ events at the LHC. A special emphasis is placed on observables sensitive to the top quark mass. The present work opens the door for many LHC applications, like, open $B$ production or $B$ production in association with bosons.

研究动机与目标

• 从半轻衰变中提取B-强子、J/ψ及μ子的完全一致的NNLO非微扰碎片化函数（NPFFs）。
• 解决以往NPFFs与顶夸克对产生中NNLO微扰计算之间的不一致性问题。
• 在LHC中实现对包含识别重味强子的顶夸克对产生与衰变的高精度预测。
• 实现首次基于涉及B-强子及其衰变产物的可观测量的NNLO精度顶夸克质量提取。
• 为未来LHC应用（如开放B强子产生及B强子与规范玻色子的联合产生）奠定基础。

提出的方法

• 通过全局拟合ALEPH、DELPHI、OPAL和SLD测量数据，从e+e−数据中提取具有NNLO精度的非微扰碎片化函数（NPFFs）。
• 在碎片化函数中引入下一阶下一阶对数（NNLL）软胶子重求和，以提高低z区域的精度。
• 使用数值框架计算t¯t产生与衰变过程相关的系数函数至NNLO，确保与NPFFs的一致性。
• 将推导出的NPFFs应用于计算LHC中t¯t事件中对顶夸克质量敏感的可观测量。
• 通过比较单个数据集拟合（如仅ALEPH）与全局联合拟合，验证NPFFs的一致性。
• 利用微扰碎片化函数（PFF）形式及其与NNLO阶硬散射函数的匹配，确保理论一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在与微扰计算完全一致的前提下，以NNLO精度提取B-强子、J/ψ及μ子的非微扰碎片化函数？
• RQ2 包含NNLL软胶子重求和对顶夸克对产生中碎片化函数精度有何影响？
• RQ3 ALEPH、DELPHI、OPAL和SLD等单个e+e−数据集在约束碎片化函数方面表现如何？联合拟合是否比单个拟合更稳健？
• RQ4 在涉及识别B-强子及其衰变产物的可观测量中，顶夸克质量最多可实现多高的NNLO精度提取？
• RQ5 新碎片化函数是否能提升LHC中开放B强子产生及B+V联合产生预测的精度？

主要发现

• 作者提出了三套新的、具有NNLO精度的B-强子、J/ψ及μ子从半轻衰变中产生的非微扰碎片化函数（含不确定度），与NNLO微扰框架完全一致。
• 对ALEPH、DELPHI、OPAL和SLD数据的联合拟合结果不确定性小于任一单个数据集的拟合结果，且所有单个拟合结果在误差范围内一致。
• 仅ALEPH数据的拟合结果显示出显著更大的不确定性，表明在当前精度下，无法明确区分强子态的贡献。
• 现在可在t¯t产生与衰变中实现微扰与非微扰部分完全一致的NNLO预测。
• 新碎片化函数使得首次基于涉及识别B-强子及其衰变产物的可观测量实现NNLO精度的顶夸克质量提取成为可能。
• 由半轻衰变中产生的J/ψ与μ子构建的可观测量被证明是LHC中顶夸克质量测量的可行且精确的探针。