[论文解读] t-channel single-top production at hadron colliders

John M. Campbell, Rikkert Frederix+2 more|arXiv (Cornell University)|Mar 2, 2009

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 3

一句话总结

本文使用有限底夸克质量的 2 → 3 Born振幅，对 Tevatron 和 LHC 上 t-通道单顶夸克产生过程进行了下一阶修正（NLO）QCD 计算，与传统的 2 → 2 NLO 方法进行对比。结果表明两种方法之间具有极好的一致性，验证了 2 → 3 方法在包含完整运动学和非零底夸克质量的情况下依然表现良好且可靠。

ABSTRACT

We present the predictions at next-to-leading order (NLO) in the strong coupling for the single-top cross section in the t channel at the Tevatron and the LHC. Our calculation starts from the 2 -> 3 Born amplitude g q -> t bbar q', keeping the b-quark mass non-zero. A comparison is performed with a traditional NLO calculation of this channel based on the 2 -> 2 Born process with a bottom quark in the initial state. In particular, the effect of using kinematic approximations and resumming logarithms of the form log(Q^2/m_b^2) in the 2 -> 2 process is assessed. Our results show that the 2 -> 3 calculation is very well behaved and in substantial agreement with the predictions based on the 2 -> 2 process.

研究动机与目标

• 使用非零底夸克质量的 2 → 3 Born 振幅，为强子对撞机上 t-通道单顶夸克产生过程提供下一阶修正（NLO）QCD 预测。
• 评估与传统在初始态包含底夸克的 2 → 2 NLO 计算相比，2 → 3 方法的有效性与数值稳定性。
• 评估传统 2 → 2 框架中运动学近似和对数项 log(Q²/m_b²) 的重求和对结果的影响。
• 确定包含完整运动学依赖关系和有限底夸克质量是否能提高截面预测的可靠性。

提出的方法

• 计算采用 2 → 3 Born 振幅：g q → t b̄ q'，在整个计算过程中保持底夸克质量有限。
• NLO QCD 修正采用完全微分方法计算，保留完整的运动学信息。
• 将结果与标准的 2 → 2 NLO 计算直接比较，后者将底夸克视为初始态中的部分子。
• 比较内容包括评估 2 → 2 框架中运动学近似和 log(Q²/m_b²) 项重求和所引入的影响。
• 评估 2 → 3 计算在相关相空间区域中的数值稳定性与收敛性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 2 → 3 振幅中包含有限底夸克质量和完整运动学对 t-通道单顶夸克产生 NLO 预测有何影响？
• RQ2 与完整的 2 → 3 计算相比，2 → 2 方法中运动学近似和 log(Q²/m_b²) 项重求和在多大程度上扭曲了截面预测？
• RQ3 2 → 3 NLO 计算在物理相空间内是否具有数值稳定性且表现良好？
• RQ4 2 → 3 和 2 → 2 方法在截面预测的大小和尺度依赖性方面有何异同？
• RQ5 2 → 3 方法是否比传统的 2 → 2 方法提供了更可靠的 t-通道单顶夸克产生描述？

主要发现

• 包含有限底夸克质量的 2 → 3 NLO 计算在物理相空间内表现出良好的数值稳定性和行为特性。
• 2 → 3 方法的结果与传统 2 → 2 NLO 计算的预测结果高度一致。
• 包含完整运动学和非零底夸克质量并未在截面预测中引入非物理行为或不稳定性。
• 在 2 → 2 框架中，运动学近似和 log(Q²/m_b²) 项重求和的影响较小，且对最终截面预测结果无显著改变。
• 2 → 3 方法无需依赖近似，提供了更基础且一致的 t-通道单顶夸克产生描述。