[论文解读] The theoretical top quark cross section at the Tevatron and the LHC

N Kidonakis, R Vogt|OSTI OAI (U.S. Department of Energy Office of Scientific and Technical Information)|May 25, 2008

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 9

一句话总结

本文使用完全依赖动量的软异常维数矩阵，对质子-质子对撞机（Tevatron）和LHC上顶夸克对产生截面进行了改进的下一阶下一阶微分（NNLO）计算，实现了软胶子修正的重求和。该方法显著提升了NLO截面并降低了尺度依赖性，结果在LHC（14 TeV）上显示8%的提升，且通过精确的PDF和动量处理，实现了理论不确定性的更好控制。

ABSTRACT

We present results for the top quark pair cross section at the Tevatron and the LHC. We use the resummed double differential cross section, employing the fully kinematics-dependent soft anomalous dimension matrices, to calculate the soft-gluon contributions at next-to-next-to-leading order (NNLO). We improve and update our previous estimates by refining our methods, including further subleading terms, and employing the most recent parton distribution function sets. The NNLO soft corrections significantly enhance the NLO cross section while considerably reducing the scale dependence. We provide a detailed discussion of all theoretical uncertainties in our calculation, including kinematics, scale, and parton distributions uncertainties and clarify the differences between our work and other approaches in the literature.

研究动机与目标

• 通过包含更高阶软胶子修正，改进强子对撞机上顶夸克对产生截面的理论预测。
• 通过采用完全微分、依赖动量的重求和形式，减少理论不确定性（特别是尺度和动量模糊性）。
• 对比不同部分子分布函数（PDF）集合（MRST 2006 NNLO 和 CTEQ6.6M）的结果，评估其对截面预测的影响。
• 量化次主导贡献（如库仑项）的作用，并确认其在LHC能量下可忽略。
• 通过提供在10 TeV和14 TeV下精确、不确定度可分辨的截面预测，为实验比较提供基准。

提出的方法

• 利用完全依赖动量的软异常维数矩阵，在双微分截面中实现软胶子修正的下一阶对数（NNLL）重求和。
• 在动量空间中应用重求和截面，并展开至NNLO，避免了从矩空间反演带来的方案依赖性。
• 将精确的NLO截面与NNLO重求和修正匹配，确保所有动量区域的一致性。
• 采用最新的NNLO部分子分布函数（MRST 2006 和 CTEQ6.6M），以减少PDF相关不确定性。
• 通过尺度变化、PDF集合以及动量模糊性（1PI vs. PIM形式）评估理论不确定性。
• 包含次主导的库仑修正，并确认其在LHC能量下贡献可忽略。

实验结果

研究问题

• RQ1 NNLO软胶子修正如何影响Tevatron和LHC上顶夸克对产生截面？
• RQ2 部分子分布函数集合的选择在多大程度上影响预测截面及其不确定性？
• RQ3 1PI与PIM形式之间的动量模糊性如何影响理论预测，是否可被量化？
• RQ4 尺度依赖性和PDF不确定性在NNLO下对最终截面的影响如何？
• RQ5 超越NNLO的高阶修正（如两圈软异常维数）在数值上是否显著？

主要发现

• 在LHC（14 TeV，m_t = 172 GeV）上，使用MRST 2006 NNLO PDF时，近似NNLO截面为968 pb，使用CTEQL6.6M PDF时为919 pb，相比NLO结果提升约8%。
• 在Tevatron上，NNLO尺度不确定性相比NLO显著降低，但在LHC上因质心系能量更高，降低幅度较小。
• 在Tevatron上，动量模糊性（1PI vs. PIM）是主要不确定性来源，但在LHC上变得很小。
• PDF不确定性显著，尤其在使用CTEQL6.6M PDF时，对总理论不确定性贡献显著。
• 在LHC上，次主导的库仑修正可忽略，即使在Tevatron上也极小，验证了软胶子效应的主导地位。
• 使用MRST 2006 NNLO和CTEQL6.6M PDF时，Tevatron和LHC能量下的结果存在显著差异，凸显了对PDF选择的敏感性。