[论文解读] Weak Corrections to Hadronic Observables

Y. Kurihara, Stefano Moretti+2 more|ArXiv.org|Jul 13, 2004

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用 3

一句话总结

该论文计算了高能对撞机上强子过程的一圈弱修正，重点研究三胶子喷注产生、$Z/\gamma$+喷注以及$b$-夸克对产生。通过螺旋度振幅和规范不变的圈计算，发现弱修正——尤其是$\alpha_s^2\alpha_{\text{EW}}$贡献——可诱导出与一阶微扰QCD效应量级相当的宇称破坏不对称性，且由于萨沃伊-杜尔科夫对数效应，在LHC能量下显著增强。

ABSTRACT

We illustrate one-loop weak corrections to three-jet production in $e^+e^-$ at $\sqrt{s}=M_Z$, to the production of a $Z$ or $γ$ in association with a hard jet at hadron colliders and to the production cross section of two $b$-jets at Tevatron and Large Hadron Collider (LHC).

研究动机与目标

• 评估一阶圈弱修正对$e^+e^-$、$p\bar{p}$和$pp$对撞机上关键强子可观测量的定量影响。
• 从涉及$Z$、$\gamma$和$W$玻色子的过程中的电磁效应中，分离出真正属于弱相互作用的、规范不变的贡献。
• 评估萨沃伊-杜尔科夫对数$\alpha_W \log^2(\sqrt{\hat{s}}/M_W^2)$在高能尺度下增强弱修正的作用。
• 研究宇称破坏不对称性（如$b$-夸克的前后不对称性）作为检验标准模型之外新物理的探针。
• 比较Tevatron和LHC能量下$gg$-和$q\bar{q}$-初态一阶圈弱修正的相对重要性。

提出的方法

• 计算$V + q \to g + q$过程的螺旋度振幅$\mathcal{A}^{(G)}_{\lambda_1,\lambda_2,\sigma}$，通过奇数个$\gamma$-矩阵的狄拉克结构保持费米子螺旋度。
• 在四维正则化中使用奇尔肖姆恒等式处理圈振幅中的旋量结构。
• 通过一阶圈自能和顶点图评估虚圈弱修正，包括具有纵向极化分量的$W$和$Z$交换。
• 对QCD和QED圈采用$\overline{\text{MS}}$正则化，自能修正中完整包含希格斯粒子质量($M_H = 115$ GeV)的依赖性。
• 使用NLO部分子分布函数（GRV94）和两圈$\alpha_s$跑动计算$\alpha_s^3$项的截面和不对称性。
• 在包容性和微分分布中比较$\alpha_{\text{EW}}^2$、$\alpha_s^2\alpha_{\text{EW}}$和$\alpha_s^3$子过程的贡献。

实验结果

研究问题

• RQ1 在Tevatron和LHC上，一阶圈弱修正——特别是$\alpha_s^2\alpha_{\text{EW}}$项——对$b$-夸克对产生有多大影响？
• RQ2 萨沃伊-杜尔科夫对数$\alpha_W \log^2(\sqrt{\hat{s}}/M_W^2)$在高能强子过程中多大程度上增强弱修正？
• RQ3 弱修正如何影响$b$-夸克前后不对称性？能否将其与树图阶弱或QCD效应区分开来？
• RQ4 为何在LHC上$gg$-初态弱修正比在Tevatron上更占主导地位？与$q\bar{q}$-初态修正相比如何？
• RQ5 弱修正是否能诱导出足够大且可测量的宇称破坏效应，从而用于检验标准模型之外的新物理？

主要发现

• 在LHC上，$b\bar{b}$产生过程中，高横向动量区域的一阶圈弱修正中$\alpha_s^2\alpha_{\text{EW}}$项对主导的$\alpha_s^2$截面贡献约为-2%。
• $b$-夸克前后不对称性的$\alpha_s^2\alpha_{\text{EW}}$修正在量级上与$\alpha_s^3$修正相当，且在大部分$p_T$谱区间内与树图阶弱贡献符号相反。
• 在LHC上，$gg$-初态的$\alpha_s^2\alpha_{\text{EW}}$修正主导于$q\bar{q}$-初态修正，而Tevatron上两者则相近。
• 由于$\sqrt{\hat{s}}/M_W^2$比值更大，萨沃伊-杜尔科夫对数在LHC能量下比在Tevatron上更有效地增强弱修正。
• 在$Z$共振能区，前后不对称性约为-4%，其他区域为百分之零头几，使其在Run 2及以后可被测量。
• 弱修正诱导出的宇称破坏效应不仅量级可观，且与树图阶弱贡献符号相反，为探测右手中微子流或接触相互作用等新物理提供了高灵敏度探针。