[论文解读] Single top and top pair production

Nikolaos Kidonakis|arXiv (Cornell University)|Dec 12, 2012

Antenna Design and Optimization参考文献 21被引用 6

一句话总结

本论文针对大型强子对撞机（LHC）和费米实验室对撞机（Tevatron）上的单顶夸克及顶对产生过程，实现了软胶子修正的下一阶对数（NNLL）重求和，采用量子色动力学（pQCD）中的矩空间重求和方法，获得近似下一阶对数（NNLO）微分截面。该方法在总截面、顶夸克横动量及快度分布方面与实验数据高度一致，且在LHC与Tevatron能量下，与精确NNLO结果的差异小于1%。

ABSTRACT

I present results for single-top and top-pair production at the LHC and the Tevatron. Higher-order two-loop corrections are used to achieve NNLL resummation, which is then used to derive NNLO soft-gluon corrections. Results are presented for total cross sections, top transverse momentum distributions, and top rapidity distributions. All results are in excellent agreement with data from the LHC and the Tevatron. I also clarify the differences between various methods in top-pair production and their relation to exact NNLO results.

研究动机与目标

• 利用高阶量子色动力学（QCD）修正，为强子对撞机上的单顶夸克与顶对产生截面提供精确的理论预测。
• 解决顶夸克产生过程中部分子阈值附近出现的大对数修正问题。
• 证明矩空间重求和在单粒子初态（inclusive）动力学中对双微分截面的准确性和可靠性。
• 澄清不同重求和方法之间的差异，确立矩空间方法在近似精确NNLO结果方面的优越性。

提出的方法

• 利用两圈软异常维数，在部分子阈值的矩空间中实现软胶子修正的NNLL重求和。
• 通过因子化与重整化群演化，系统性地重求和形如 ln^k(s4/m²)/s4 的对数增强项。
• 通过展开重求和截面，推导出适用于总截面与微分分布的近似NNLO微分截面。
• 将该方法应用于所有主要产生道道：单顶夸克的t通道、s通道与tW过程，以及顶对的qq̄与gg融合过程。
• 在LHC与Tevatron的多个可观测量（包括总截面、pT与快度分布）上，将结果与实验数据进行验证。
• 将本研究的矩空间pQCD方法与SCET及总截面重求和等其他框架进行比较，突出其在理论与数值上的优势。

实验结果

研究问题

• RQ1 矩空间NNLL重求和在LHC与Tevatron上对顶夸克产生过程近似精确NNLO结果的精度如何？
• RQ2 软胶子修正对单顶夸克与顶对产生截面及动量分布的数值影响有多大？
• RQ3 不同重求和方法（特别是矩空间pQCD与SCET或总截面重求和）在精度与理论一致性方面如何比较？
• RQ4 软胶子近似在不同对撞机能量与产生模式下仍保持有效性的程度如何？
• RQ5 与总截面重求和相比，1PI动力学中双微分重求和在理论与数值上具有哪些优势？

主要发现

• 在矩空间中进行的NNLL重求和，其近似NNLO截面在LHC与Tevatron能量下与精确NNLO结果的偏差均小于1%。
• 在7 TeV能量下，t通道单顶夸克截面预测为65.9+2.1−0.7+1.5−1.7 pb，与ATLAS和CMS实验数据高度一致。
• 在8 TeV能量下，tW−关联产生截面为11.1±0.3±0.7 pb，与ATLAS和CMS测量值完全吻合。
• 在8 TeV能量下，顶对截面为234+10−7±12 pb，与LHC数据一致，且与精确NNLO结果234 pb相符。
• LHC上归一化的顶夸克pT与快度分布与CMS数据高度一致，验证了理论模型的正确性。
• 本方法由于在1PI动力学中采用双微分处理，相比总截面重求和，提供了更精确且信息更丰富的近似结果。