Однопетлевые электрослабые поправки к процессам типа Дрелла-Яна и полулептонным распадам топ-кварка тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.02, кандидат физико-математических наук Садыков, Ренат Рафаилович

• Садыков, Ренат Рафаилович
• кандидат физико-математических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Садыков, Ренат Рафаилович

1. Введение

1.1. Схема вычислений в среде SANC

1.1.1. Предвычисления, амплитуды, форм-факторы.

1.1.2. От аналитических результатов к числам.

1.2. Цели диссертации

1.3. Содержание диссертации

2. Процессы типа Дрелла—Яна по каналам заряженного и нейтрального токов

2.1. Одиночное рождение W-бозона.

2.1.1. Процесс в борновском приближении.

2.1.2. Радиационные поправки на партонном уровне

2.1.3. Учет кварковых массовых сингулярностей

2.1.4. Адронный уровень.

2.1.5. Численные результаты.

2.2. Одиночное рождение Z-бозона.

2.2.1. Процесс в борновском приближении.

2.2.2. Радиационные поправки на партонном уровне

2.2.3. Учет кварковых массовых сингулярностей

2.2.4. Адронный уровень.

2.2.5. Численные результаты.

2.3. Вклад обратного тормозного излучения.

2.3.1. Процесс с учетом масс кварков.

2.3.2. Вычитание кварковых массовых сингулярностей

2.3.3. Численные результаты.

3. Процесс полулептонного распада топ-кварка t —> b£+ve('j)

3.1. Схема вычислений.

3.2. Процесс в борновском приближении.

3.3. Электрослабые поправки.

3.3.1. Виртуальные поправки

3.3.2. Реальные поправки.

3.4. Численные результаты для полных однопетлевых электрослабых поправок.

3.5. Электрослабые поправки в каскадном приближении.

4. Монте-Карло генератор невзвешенных событий для процессов типа Дрелла-Яна

4.1. Алгоритм генерации событий.

4.2. Различные компоненты генераторов.

4.3. Численные результаты.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Однопетлевые электрослабые поправки к процессам типа Дрелла-Яна и полулептонным распадам топ-кварка»

Лучшей на сегодня теорией, описывающей различные явления, происходящие при столкновении частиц высоких энергий, является так называемая стандартная модель (СМ) взаимодействия элементарных частиц [1—3]. В течение последних двадцати пяти лет проводились многочисленные эксперименты по проверке СМ на ускорителях высоких энергий и в пределах точности этих экспериментов не было обнаружено ни одного значимого расхождения от предсказаний СМ. На масштабе энергий порядка массы Z-бозона многие предсказания СМ были проверены с точностью « 0.1% (бла-годяря экспериментам на ускорителе LEP). С появлением новых ускорителей (LHC, JLC, CLIC) появляется возможность проверки СМ на масштабах энергии ~ ТэВ с точностью «1%, что предполагает выполнение теоретических расчетов с еще большей точностью (< 0.3%), чтобы не вносить дополнительную систематическую погрешность при сравнении результатов экспериментов с предсказаниями теории.

Одними из процессов, представляющих большой интерес для физической программы будущих экспериментов ATLAS и CMS на ускорителе протонов LHC и для проводимых в настоящее время экспериментов DO и CDF на коллайдере Tevatron, где сталкиваются пучки протонов и антипротонов, являются процессы типа Дрелла-Яна по каналам заряженного и нейтрального токов, называемые также процессами одиночного рождения W и Z бозонов: рр W± + X ^(7) + РР 7, Z + X + X, pp-*W± + X-+ РщЬ) + X,pp^-y,Z + X-+ ) + X, где X - это все адроны, образовавшиеся в данной реакции. Эти процессы легко регистрируются в детекторах и имеют большое сечение (порядка 1 нб). Прецизионное изучение этих процессов используется для определения партонных функций распределения, уточнения значений параметров Mw, sin ГV, Г^, мониторинга светимости ускорителя и калибровки детекторов. Для достижения требуемой точности необходимо учесть электрослабые и КХД поправки и их взаимное влияние.

Согласно СМ доминирующим каналом распада топ-кварка является процесс t —> bW+ с относительной вероятностью 99.9%. В свою очередь, относительная вероятность распада Ж-бозона на заряженный лептон и нейтрино Br(W+ —> £+щ) ~ 11%. Таким образом, полулептонные распады t —Ы+щ = е+,(1+,т+) составляют приблизительно треть всех распадов топ-кварка. Прецизионное вычисление поправок к значениям ширин данных распадов позволит уточнить значение параметра Vtb матрицы Каббибо-Кобаяши-Маскава.

Средством для наиболее точного и подробного сравнения предсказаний теории с результатами экспериментов в настоящее время являются Монте-Карло генераторы событий с единичным весом, представляющие собой программы, моделирующие реальные процессы, происходящие при столкновении частиц высоких энергий. Такие известные программы как PYTHIA и HERWIG моделируют процессы столкновения адронов и лептонов наиболее подробно, учитывая образование партонных ливней, адронизацию и распад образующихся адронов. В основе их лежит так называемый жесткий процесс столкновения партонов типа 2 —» 1, 2 —> 2 или 2 —> 3 для которых известен квадрат модуля матричного элемента. Но для многих этих процессов матричный элемент посчитан лишь в борновском приближении.

Для учета эффектов высших порядков теории возмущений можно использовать Монте-Карло генераторы, которые генерируют события лишь для жестких процессов, но с учетом необходимых поправок. Эти события могут быть записаны в файлы, которые передаются для обработки в Монте-Карло генераторы общего назначения.

Заключение диссертации по теме «Теоретическая физика», Садыков, Ренат Рафаилович

Основные результаты, выдвигаемые для защиты:

1. Получены сечения процессов типа Дрелла-Яна по каналам заряженного и нейтрального токоврр —> W±+X —» ^i/^yJ+X, рр —»■ W±+X —»

7, z+x e-e+(>y)+x,pp 7, z+x «+(7)+x на адронном уровне с учетом однопетлевых электрослабых поправок. Исследована зависимость поправок от выбранной схемы их вычисления.

2. Впервые полностью учтены эффекты обратного тормозного излучения для процессов типа Дрелла-Яна. Хотя эти эффекты малы для полного сечения (< 1%), показано, что поправка, связанная с этими процессами, может достигать ~ 10% для дифференциальных распределений по поперечному импульсу рт(£+) лептона при значениях рт(£+) ^ 100 GeV.

3. Впервые получены значения ширин полулептонных распадов t-кварка t —> 6^(+7) (£ = е+, /1+, т+) в однопетлевом приближении электрослабой теории при различном выборе схем вычисления без использования каскадного приближения.

4. Созданы Монте-Карло интеграторы и генераторы событий с единичным весом для процессов типа Дрелла-Яна и полулептонных распадов топ-кварка на однопетлевом уровне точности. Для процессов типа Дрелла-Яна создан интерфейс между Монте-Карло генераторами SANC и генераторами общего назначения PYTHIA и HEEWIG, позволяющий учесть вклады партонных ливней.

5. Заключение

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Садыков, Ренат Рафаилович, 2009 год

1. S. L. Glashow and М. Gell-Mann, Annals Phys. 15 (1961) 437-460.

2. S. Weinberg, Phys. Rev. Lett. 19 (1967) 1264-1266.

3. A. Salam, Originally printed in *Svartholm: Elementary Particle Theory, Proceedings Of The Nobel Symposium Held 1968 At Lerum, Sweden*, Stockholm 1968, 367-377.

4. D. Y. Bardin and G. Passarino, Oxford, UK: Clarendon (1999) 685 p.

5. A. Andonov et al, Comput. Phys. Commun. 174 (2006) 481-517, hep-ph/0411186.

6. G. Passarino and M. J. G. Veltman, Nucl. Phys. В160 (1979) 151.

7. Т. Hahn, Nucl. Phys. Proc. Suppl. 89 (2000) 231-236, hep-ph/0005029.

8. S. D. Drell and T.-M. Yan, Phys. Rev. Lett. 25 (1970) 316-320.

9. A. Arbuzov et al., Eur. Phys. J. C46 (2006) 407-412, hep-ph/0506110.

10. A. Arbuzov et al., Eur. Phys. J. C54 (2008) 451-460, 0711.0625.

11. A. B. Arbuzov and R. R. Sadykov, J. Exp. Theor. Phys. 106 (2008) 488494, 0707.0423.

12. TeV4LHC-Top and Electroweak Working Group Collaboration, С. E. Gerber et al, 0705.3251.

13. C. Buttar et al, hep-ph/0604120.

14. C. Buttar et al, 0803.0678.

15. M. Dittmar, F. Pauss, and D. Zurcher, Phys. Rev. D56 (1997) 7284-7290, hep-ex/9705004.

16. S. Frixione and M. L. Mangano, JHEP 05 (2004) 056, hep-ph/0405130.

17. CDF Collaboration, V. M. Abazov et al, Phys. Rev. D70 (2004) 092008, hep-ex/0311039.

18. CDF Collaboration, A. Abulencia et al, J. Phys. G34 (2007) 2457-2544, hep-ex/0508029.

19. V. A. Mosolov and N. M. Shurneiko, Nucl. Phys. B186 (1981) 397-411.

20. A. V. Soroko and N. M. Shumoiko, Sov. J. Nucl. Phys. 52 (1990) 329-334.

21. D. Wackeroth and W. Hollik, Phys. Rev. D55 (1997) 6788-6818, hep-ph/9606398.

22. U. Baur, S. Keller, and D. Wackeroth, Phys. Rev. D59 (1999) 013002, hep-ph/9807417.

23. S. Dittmaier and M. Kramer, Phys. Rev. D65 (2002) 073007, hep-ph/0109062.

24. U. Baur, O. Brein, W. Hollik, C. Schappacher, and D. Wackeroth, Phys. Rev. D65 (2002) 033007, hep-ph/0108274.

25. U. Baur and D. Wackeroth, Nucl. Phys. Proc. Suppl. 116 (2003) 159-163, hep-ph/0211089.

26. U. Baur and D. Wackeroth, Phys. Rev. D70 (2004) 073015, hep-ph/0405191.

27. С. М. Carloni Calame, G. Montagna, О. Nicrosini, and A. Vicini, JEEP 12 (2006) 016, hep-ph/0609170.

28. С. M. Carloni Calame, G. Montagna, O. Nicrosini, and A. Vicini, JEEP 10 (2007) 109, 0710.1722.

29. R. Hamberg, W. L. van Neerven, and T. Matsuura, Nucl. Phys. B359 (1991) 343-405.

30. K. Melnikov and A. Vainshtein, Phys. Rev. D70 (2004) 113006, hep-ph/0312226.

31. K. Melnikov and F. Petriello, Phys. Rev. D74 (2006) 114017, hep-ph/0609070.

32. F. A. Berends, R. Kleiss, J. P. Revol, and J. P. Vialle, Z. Phys. C27 (1985) 155.

33. T. Kinoshita, J. Math. Phys. 3 (1962) 650-677.

34. T. D. Lee and M. Nauenberg, Phys. Rev. 133 (1964) B1549-B1562.

35. W. Placzek and S. Jadach, Eur. Phys. J. C29 (2003) 325-339, hep-ph/0302065.

36. С. M. Carloni Calame, G. Montagna, O. Nicrosini, and M. Treccani, Phys. Rev. D69 (2004) 037301, hep-ph/0303102.

37. С. M. Carloni Calame, G. Montagna, O. Nicrosini, and M. Treccani, Eur. Phys. J. C33 (2004) s665-s667, hep-ph/0310334.

38. J. Kripfganz and H. Perlt, Z. Phys. C41 (1988) 319-321.

39. H. Spiesberger, Phys. Rev. D52 (1995) 4936-4940, hep-ph/9412286.

40. M. Roth and S. Weinzierl, Phys. Lett. B590 (2004) 190-198, hep-ph/0403200.

41. A. D. Martin, R. G. Roberts, W. J. Stirling, and R. S. Thorne, Eur. Phys. J. C39 (2005) 155-161, hep-ph/0411040.

42. W. A. Bardeen, A. J. Buras, D. W. Duke, and T. Muta, Phys. Rev. D18 (1978) 3998.

43. H. L. Lai et al., Phys. Rev. D55 (1997) 1280-1296, hep-ph/9606399.

44. CompHEP Collaboration, E. Boos et al., Nucl. Instrum. Meth. A534 (2004) 250-259, hep-ph/0403113.

45. A. Arbuzov et al., Eur. Phys. J. C51 (2007) 585-591, hep-ph/0703043.

46. R. Sadykov et al, P0STOP2OO6 (2006) 036.47. CERN-LHCC-99-15.

47. A. Andonov et al., hep-ph/0610268.

48. A. Andonov et al., Phys. Part. Nucl. Lett. 4 (2007) 451-460.

49. A. Denner and T. Sack, Nucl. Phys. B358 (1991) 46-58.

50. G. Eilam, R. R. Mendel, R. Migneron, and A. Soni, Phys. Rev. Lett. 66 (1991) 3105-3108.

51. B. A. Irwin, B. Margolis, and H. D. Trottier, Phys. Lett. B256 (1991) 533-539.

52. T. Kuruma, Z. Phys. C57 (1993) 551-558.

53. В. Lampe, Nucl. Phys. B454 (1995) 506-526.

54. S. M. Oliveira, L. Brucher, R. Santos, and A. Barroso, Phys. Rev. D642001) 017301, hep-ph/0011324.

55. M. Fischer, S. Groote, J. G. Korner, and M. C. Mauser, Phys. Rev. D652002) 054036, hep-ph/0101322.

56. H. S. Do, S. Groote, J. G. Korner, and M. C. Mauser, Phys. Rev. D672003) 091501, hep-ph/0209185.

57. В. H. Smith and M. B. Voloshin, Phys. Lett. B340 (1994) 176-180, hep-ph/9405204.

58. S. Mrenna and C. R Yuan, Phys. Rev. D46 (1992) 1007-1021.

59. K. G. Chetyrkin, R. Harlander, T. Seidensticker, and M. Steinhauser, hep-ph/9910339.

60. Q.-H. Cao and C. P. Yuan, Phys. Rev. Lett. 93 (2004) 042001, hep-ph/0401026.

61. T. Sjostrand, S. Mrenna, and P. Skands, JHEP 05 (2006) 026, hep-ph/0603175.

62. Particle Data Group Collaboration, W. M. Yao et al, J. Phys. G33 (2006) 1-1232.

63. W. J. Marciano and A. Sirlin, Phys. Rev. D22 (1980) 2695.

64. A. Andonov et al, Phys. Part. Nucl 34 (2003) 577-618, hep-ph/0207156.

65. J. Alwall et al, Comput. Phys. Commun. 176 (2007) 300-304, hep-ph/0609017.ioi /