[论文解读] Soft gluon resummation for squark and gluino pair-production at hadron colliders

W. Beenakker, Silja Brensing+5 more|arXiv (Cornell University)|Jan 18, 2010

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用 4

一句话总结

本论文针对强子对撞机上squark与gluino对产生过程，采用一阶反常维数实现次领对数（NLL）软胶子重求和，以重求和阈值对数。该方法在Tevatron上将理论截面预测值提升高达18%，并将理论不确定性降低约30%，结果适用于LHC与Tevatron对超出NLO精度的超对称性搜索。

ABSTRACT

We report on the study of soft gluon effects in the production of squarks and gluinos at hadron colliders. Close to production threshold, the emission of soft gluon results in the appearence of large logarithmic corrections in the theoretical expressions. In order to resum these corrections at next-to-leading-logarithmic accuracy appropriate one-loop anomalous dimensions have to be calculated. We present the calculation of the anomalous dimensions for all production channels of squarks and gluinos and provide numerical predictions for the Tevatron and the LHC.

研究动机与目标

• 通过重求和来自软胶子发射的大型阈值对数，改进强子对撞机上squark与gluino对产生过程的理论预测。
• 计算所有涉及squarks与gluinos的产生通道的一阶反常维数。
• 为Tevatron与LHC提供精确的、经重求和的截面预测，提升超对称性搜索的精度。
• 通过将NLL重求和与NLO结果匹配，减少杂交粒子产生截面的理论不确定性。
• 使实验上对强子对撞机中超对称性搜索的更可靠排除极限与杂交粒子质量测定成为可能。

提出的方法

• 使用Mellin矩空间重求和形式为 αs^n log^k(β²) 的阈值对数，其中 k=2n,…,0，且 β=√(1−4m²/ŝ)。
• 在SU(3)色规范空间中采用色 singlet 基，以对角化软反常维数矩阵，简化重求和过程。
• 计算所有产生通道（如 qq̄→q̄q̄，qg→q̄g，等）在不可约SU(3)表示下的 1 阶软反常维数 D_ij→kl,I^(1)。
• 通过 NLL+NLO 方案将 NLL 重求和截面与完整的 NLO 结果匹配，确保在所有能量尺度上的准确性。
• 采用 MSTW 2008 NLO parton distribution functions 与五活性夸克的 MS̄ 方案下两阶 αs。
• 通过尺度变化（m/2 ≤ μ ≤ 2m）估算最终截面预测中的理论不确定性。

实验结果

研究问题

• RQ1 软胶子修正如何影响强子对撞机上接近阈值时squark与gluino对产生过程的总截面？
• RQ2 NLL 软胶子重求和对杂交粒子产生截面理论不确定性的有何影响？
• RQ3 在不同杂交粒子质量尺度与对撞机能量下，重求和截面与NLO结果相比如何？
• RQ4 哪些产生通道（如 gg→gg̃，qg→q̃g̃）因软胶子发射而表现出最大修正？
• RQ5 软胶子重求和在多大程度上提升了Tevatron与LHC上SUSY截面预测的准确性？

主要发现

• 当平均杂交粒子质量为600 GeV时，Tevatron上包括squark与gluino产生的总截面通过NLL软胶子重求和最高可提升18%。
• 与仅使用NLO相比，NLL+NLO截面通过在 m/2 ≤ μ ≤ 2m 范围内进行尺度变化，将理论不确定性降低了约30%。
• 具有胶子初态与末态中包含gluino的过程获得最大修正，原因在于其较高的色荷与Casimir不变量。
• 在LHC上，对于低于3 TeV的杂交粒子质量，修正量小于Tevatron，这是由于平均离阈值距离（1−ρ）更大。
• 对包括产生过程（pp̄→q̄q̄+q̄q̄+q̄g̃+g̃g̃+X）的重求和结果，目前是这些过程最精确的理论预测。
• 所有通道的软反常维数系数 D_ij→kl,I^(1) 均被显式计算，例如在不同SU(3)不可约表示下，q̄q→q̄q̄ 的系数为 {−4/3, −10/3}，而 qg→q̄g̃ 的系数为 {−4/3, −10/3, −16/3}。