[论文解读] Techniques for the calculation of electroweak radiative corrections at the one-loop level and results for W-physics at LEP200

Ansgar Denner|ArXiv.org|Sep 7, 2007

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用 188

一句话总结

本文提出了一套全面的框架，用于计算标准模型中的一圈电弱及软光子辐射修正，重点针对LEP200能区的W玻色子物理。论文详细阐述了重整化程序、一环积分的计算方法以及矩阵元的解析表达式，得出了W玻色子衰变宽度、顶夸克衰变及e⁺e⁻ → W⁺W⁻截面的精确解析公式与数值结果，包含完整的O(α)修正和有限宽度效应。

ABSTRACT

We review the techniques necessary for the calculation of virtual electroweak and soft photonic corrections at the one-loop level. In particular we describe renormalization, calculation of one-loop integrals and evaluation of one-loop Feynman amplitudes. We summarize many explicit results of general relevance. We give the Feynman rules and the explicit form of the counter terms of the electroweak standard model, we list analytical expressions for scalar one-loop integrals and reduction of tensor integrals, we present the decomposition of the invariant matrix element for processes with two external fermions and we give the analytic form of soft photonic corrections. These techniques are applied to physical processes with external W-bosons. We present the full set of analytical formulae and the corresponding numerical results for the decay width of the W-boson and the top quark. We discuss the cross section for the production of W-bosons in e^{+}e^{-}-annihilaton including all O(alpha) radiative corrections and finite width effects. Improved Born approximations for these processes are given.

研究动机与目标

• 开发并系统化计算标准模型中一环电弱及软光子修正的技术。
• 为精确电弱物理中相关的标量和张量一环积分提供明确的解析表达式。
• 推导并呈现电弱标准模型拉格朗日量的完整计数项和费曼规则集合。
• 计算并呈现包含完整O(α)修正的W玻色子衰变宽度、顶夸克衰变宽度及e⁺e⁻ → W⁺W⁻截面的数值结果。
• 通过引入有限宽度效应和辐射修正，改进W玻色子产生与衰变过程的Born近似。

提出的方法

• 采用维度正规化与't Hooft–Veltman方案对电弱标准模型进行重整化。
• 推导并应用标量一环积分的解析表达式，以及张量积分约化技术。
• 使用Passarino–Veltman约化方法将一般一环振幅表示为标量积分的组合。
• 对两费米子末态的不变矩阵元实施分解，以促进振幅计算。
• 应用软光子近似，计算来自虚与实软光子的主导对数修正。
• 推导改进的Born近似，其中包含有限宽度效应和W玻色子过程的领先阶辐射修正。

实验结果

研究问题

• RQ1 计算标准模型中一环电弱修正所需的完整解析技术是什么？
• RQ2 如何系统地评估包含完整重整化与有限宽度效应的W玻色子衰变与W对产生过程的一环振幅？
• RQ3 包含O(α)修正的W玻色子衰变宽度与顶夸克衰变宽度的精确解析表达式是什么？
• RQ4 软光子修正如何影响LEP200能量下e⁺e⁻ → W⁺W⁻的截面？
• RQ5 可构建何种改进的Born近似，以准确包含W物理过程的辐射与有限宽度效应？

主要发现

• 本文提供了包含所有O(α)电弱与软光子修正的W玻色子衰变宽度的完整解析公式集。
• 顶夸克衰变宽度已通过完整的圈修正计算得出，包含有限宽度与QED效应。
• e⁺e⁻ → W⁺W⁻截面已包含完整的O(α)辐射修正与有限宽度效应，得出精确的数值结果。
• 推导出包含主导对数修正与有限宽度效应的改进Born近似，显著提升了W对产生过程的精度。
• 标量一环积分与张量积分约化的解析表达式已明确列出，适用于精确计算的一般用途。
• 电弱标准模型的费曼规则与计数项系统性地列示，可实现一致的一圈计算。