[论文解读] Soft and collinear enhancements to top quark and Higgs cross sections

Nikolaos Kidonakis|ArXiv.org|Feb 22, 2008

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 4

一句话总结

该论文使用矩空间中的重求和技术，计算了在 Tevatron 和 LHC 上顶夸克和希格斯玻色子产生截面的软胶子和共线 QCD 修正。结果表明，软胶子修正在单个顶夸克产生中占主导地位（尤其是在 s 通道和 tW 模式下），而希格斯玻色子通过 b̄b→H 产生时，软修正和纯共线项均至关重要，NNNLO 修正使截面在 NNLO 基础上额外增加了 10–15%。

ABSTRACT

I present calculations of soft and collinear corrections to the cross sections for single top quark production, and for Higgs production via b bbar -> H at the Tevatron and the LHC. I show that the corrections provide significant enhancements to the cross sections in both cases. For single top production the soft gluon corrections dominate the cross section, particularly in the s channel and in tW production. For Higgs production it is shown that purely collinear terms have to be included as well to provide an accurate calculation.

研究动机与目标

• 通过包含高阶 QCD 修正，提高强子对撞机上顶夸克和希格斯玻色子产生截面的理论精度。
• 评估在接近动力学极限的阈值增强过程中，软胶子和共线胶子修正的重要性。
• 确定仅使用软胶子近似是否足以实现准确的截面预测，特别是对于通过 b̄b→H 产生的希格斯玻色子。
• 利用矩空间重求和形式，对单个顶夸克和希格斯玻色子产生的重求和截面提供 NNNLO 展开式。

提出的方法

• 利用截面的因子化性质，在矩空间中对软和共线胶子修正进行重求和。
• 通过指数化的软函数和共线函数表达重求和截面，包括硬散射因子 H、软函数 S 和异常维数 γq/q。
• 该形式将软修正 [ln^k(1−z)/(1−z)]+ 和纯共线项 ∝ ln^k(1−z) 纳入考虑，后者对希格斯玻色子产生至关重要。
• 推导出重求和截面的 NNNLO 展开式并用于计算修正，其中共线项在 NLL 和 NNLL 精度下进行近似。
• 通过将部分子截面与 MRST 2006 部分子分布函数在 μF=μR=mH 或 mt 的尺度下进行卷积，计算强子截面。
• 给出了 Tevatron 和 LHC 上截面和 K 因子的数值结果，并与 LO、NLO 和 NNLO 基准结果进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 LHC 和 Tevatron 上，软和共线 QCD 修正对单个顶夸克产生截面的影响有多大？
• RQ2 在顶夸克产生中，软胶子修正在多大程度上主导了截面，特别是在 s 通道和 tW 模式下？
• RQ3 对于通过 b̄b→H 产生的希格斯玻色子，是否必须包含纯共线修正，还是软胶子近似已足够？
• RQ4 NNNLO 软和共线修正如何影响希格斯玻色子和顶夸克产生的总截面？
• RQ5 包含下一阶和下一下一阶共线对数对近似精度的定量影响是什么？

主要发现

• 软胶子修正在单个顶夸克截面中占主导地位，尤其在 s 通道和 tW 产生模式下，在 LHC 上观察到显著增强。
• 对于通过 b̄b→H 产生的希格斯玻色子，纯共线项在 Tevatron 和 LHC 上均贡献了约 60% 的 NNLO 修正，因此对精度至关重要。
• 与仅包含软+虚修正相比，包含下一阶共线（NLC）对数可使近似在 Tevatron 上提高约 30%，在 LHC 上提高约 40%。
• NNNLO 软和共线修正使截面在 NNLO 水平基础上额外增加了 10–15%，S+NNLCapp 曲线对完整 NNNLO 结果提供了良好近似。
• 在 LHC 上，b̄b→H 的 K 因子略小于在 Tevatron 上，但在 NLO 时仍超过 1.6，NNLO 时达到约 2.0（含完整修正）。
• 对于 b̄b→H，部分子分布函数的不确定性不可忽视，其大小与尺度不确定性相当，尤其在 Tevatron 上高希格斯玻色子质量区域更为显著。