[论文解读] Top quark cross sections and differential distributions

Nikolaos Kidonakis|arXiv (Cornell University)|May 17, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 2被引用 9

一句话总结

本论文利用NNLL阈值重求和方法，计算了TeVatron和LHC上顶夸克对及单顶夸克产生截面的下一阶下一阶（NNLO）QCD修正。结果表明，NNLO修正使总截面相比NLO提高了7.6%–7.8%，显著降低了理论尺度依赖性，且在两台对撞机上理论计算与实验数据高度一致。

ABSTRACT

I present results for the top quark pair total cross section and the top quark transverse momentum distribution at Tevatron and LHC energies. I also present results for single top quark production. All calculations include NNLO corrections from NNLL threshold resummation.

研究动机与目标

• 计算TeVatron和LHC能量下顶夸克对及单顶夸克产生截面的精确NNLO QCD修正。
• 评估通过NNLL阈值重求和方法引入的软胶子修正对总截面和微分分布的影响。
• 通过在NNLO近似下评估尺度和PDF依赖性，减小理论不确定性。
• 将理论预测与CDF、D0、ATLAS和CMS在两台对撞机上的实验测量结果进行比较。
• 为高能强子对撞机上的顶夸克物理提供精确的截面预测。

提出的方法

• 采用NNLL阈值重求和方法，包含顶夸克对及单顶夸克产生中主导的软胶子修正。
• 使用从部分子阈值处展开的重求和截面推导出的近似NNLO截面。
• 所有计算均采用MSTW 2008 NNLO部分子分布函数（PDFs）。
• 通过在$m_t/2$至$2m_t$之间变动因子化和重整化尺度，计算尺度依赖性。
• 使用相同的重求和框架计算微分分布，包括顶夸克横动量分布。
• 将结果扩展至通过$t$-通道、$s$-通道及关联$tW$产生过程的单顶夸克产生。

实验结果

研究问题

• RQ1 在TeVatron和LHC能量下，NNLO QCD修正如何影响总顶夸克对产生截面？
• RQ2 在NNLL精度下，软胶子重求和在多大程度上减小了顶夸克截面的理论不确定性？
• RQ3 NNLO近似预测与CDF、D0、ATLAS和CMS的实验测量结果在多大程度上吻合？
• RQ4 NNLO修正对顶夸克横动量微分分布有何影响？
• RQ5 单顶夸克产生截面（$t$-通道、$s$-通道、$tW$）随对撞机能量和PDF不确定性如何演化？

主要发现

• 在TeVatron（1.96 TeV）上，NNLO近似顶夸克对截面为$7.08^{+0.00}_{-0.24}^{+0.36}_{-0.27}$ pb，相比NLO提高了7.8%。
• 在LHC（7 TeV）上，NNLO近似截面为$163^{+7}_{-5}^{+9}_{-9}$ pb，相比NLO增加了7.6%。
• NNLO修正显著减小了尺度依赖性，近似与精确NLO修正之间的差异小于1%。
• NNLO修正增强了顶夸克横动量分布，但分布形状基本保持不变。
• 对于$t$-通道单顶夸克产生，NNLO修正在TeVatron上使截面增加4%，在LHC（7 TeV）上减少1%。
• 对于$s$-通道单顶夸克产生，NNLO修正使截面在TeVatron上增加15%，在LHC（7 TeV）上增加13%，反顶夸克在LHC上的截面为1.42 pb。