[论文解读] NNLO ${\cal O}(\alpha_s^4)$ results for heavy quark pair production in quark--antiquark collisions: The one-loop squared contributions

Jürgen Körner, Z. Merebashvili+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 1, 2008

High-Energy Particle Collisions Research被引用 2

一句话总结

本文计算了在夸克-反夸克碰撞中重夸克对产生过程的下一阶下一阶微扰修正（NNLO）${\cal O}(\alpha_s^4)$一环平方修正，保留了在维度正规化方案下的完整夸克质量依赖性。研究揭示了振幅有限部分中新的因子化性质，提供了紧凑且封闭形式的表达式，对强子对撞机中的高精度QCD计算至关重要。

ABSTRACT

We calculate the next-to-next-to-leading order ${\cal O}(\alpha_s^4)$ one-loop squared corrections to the production of heavy quark pairs in quark-antiquark annihilations. These are part of the next-to-next-to-leading order ${\cal O}(\alpha_s^4)$ radiative QCD corrections to this process. Our results, with the full mass dependence retained, are presented in a closed and very compact form, in the dimensional regularization scheme. We have found very intriguing factorization properties for the finite part of the amplitudes.

研究动机与目标

• 计算在QCD中下一阶下一阶微扰修正（NNLO）下，夸克-反夸克碰撞中重夸克对产生过程的完整一环平方贡献。
• 在计算中保留完整的重夸克质量依赖性，避免使用如重夸克极限等近似方法。
• 以适合现象学应用的封闭且紧凑的解析形式呈现结果。
• 研究振幅有限部分的因子化结构，揭示出意想不到的简化现象。

提出的方法

• 采用维数正规化方法处理一环振幅中的紫外和红外发散。
• 计算具有完整质量依赖性的单圈过程的平方矩阵元。
• 使用解析技术将所得表达式简化为紧凑且封闭的形式。
• 通过代数与运动学分解，识别并分析振幅有限部分的因子化性质。
• 应用与QCD中NNLO框架一致的重整化与减法程序。
• 通过已知的QCD振幅紫外与红外行为验证结果的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在QCD的NNLO下，具有完整质量依赖性的重夸克对产生过程的一环平方贡献的解析结构是什么？
• RQ2 振幅的有限部分如何因子化，这对重整化与红外安全性有何影响？
• RQ3 是否能将以紧凑且封闭形式表达完整质量依赖的一环平方振幅，以适用于数值计算？
• RQ4 振幅有限部分中的主要红外与紫外结构是什么，它们与已知的因子化定理有何关联？
• RQ5 与重夸克极限相比，结果有何差异？保留完整质量依赖性后会涌现出哪些新特征？

主要发现

• 推导出适用于任意重夸克质量的重夸克对产生一环平方振幅的封闭且紧凑形式。
• 振幅的有限部分表现出出人意料且复杂的因子化性质，暗示QCD振幅中存在更深层次的结构。
• 整个计算过程中均保留了完整的质量依赖性，从而可对顶夸克和底夸克对产生实现精确预测。
• 结果与QCD振幅预期的紫外与红外行为一致，证实了正规化与重整化程序的有效性。
• 紧凑的解析形式便于在对撞机物理现象学中实现高效数值计算。
• 有限部分的因子化性质可能简化未来的高阶计算，并提升高精度QCD计算的效率。