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Inclusive top quark pair production cross section at future linear colliders
matching threshold and continuum
Angelika Widl
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Physik
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Physik
Betreuer*in
André H. Hoang
DOI
10.25365/thesis.51738
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-25152.51042.240365-7
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Future linear colliders will be able to measure the top quark mass with unprecedented accuracy
using a threshold scan of the top quark pair production cross section. At threshold, the inclusive
production cross section is known from non-relativistic QCD (NRQCD), while in the continuum
it is calculated with usual fixed-order QCD. In the region between threshold and continuum the
exact form of the inclusive cross section has been unknown up to now.
The aim of this thesis is to fill this gap by matching the velocity-NRQCD (vNRQCD) next-to-
next-to-leading-logarithm (NNLL) threshold cross section to the next-to-next-to-next-to-leading-
order (NNNLO) QCD continuum cross section. We perform the matching for two cases: with the
resummation of large logarithms of the velocity at threshold and without it. Apart from QCD
effects, we include leading-order electroweak effects at threshold by shifting the center-of-mass
energy into the complex plane. This gives the bulk of all contributions to the top quark pair
production cross section at threshold. Furthermore, we use the MSR mass with an adjustable scale
R in order to have a consistent mass scheme in the matching. This avoids the renormalon problem
of the pole mass as well as the power counting breaking effects of the MS mass at threshold. In
the continuum, we employ a switch-off function to turn off the non-relativistic contributions. By
varying the switch-off function, we estimate the error in our matching.
Our results show that the matched cross section differs from both the vNRQCD and the QCD cross
section in a region starting directly above the threshold peak to about 20 GeV above the threshold.
In this region the matched cross section should be used instead of the QCD and vNRQCD cross
section. On the other hand, the matched cross section is practically identical with the vNRQCD
at threshold and with the QCD cross section for energies more than 20 GeV above the threshold,
and they replace the matched cross section in these regions. Furthermore, the dependence of the
matched cross section on the switch-off function decreases when going to higher orders, showing
the consistency of the matching.
Abstract
(Englisch)
Zukünftige Linearbeschleuniger versprechen hochpräzise Messungen der Top Quark Masse mittels
eines Scans des Wirkungsquerschnittes an der Schwelle für Top Quark Paarerzeugung. Der inklu-
sive Wirkungsquerschnitt direkt an der Schwelle wird mit nicht-relativistischer QCD (NRQCD)
berechnet. Bei höhereren Energien im Kontinuum kommt hingegen die Schleifenentwicklung der
relativistischen QCD zur Anwendung. In dem Gebiet zwischen der Schwelle und dem Kontinuum
war die genaue Form des inklusiven Wirkungsquerschnittes bis jetzt unbekannt.
Das Ziel dieser Arbeit ist es, den velocity-NRQCD (vNRQCD) Wirkungsquerschnitt auf der Ord-
nung NNLL mit dem QCD Wirkungsquerschnitt auf der Ordnung NNNLO zusammenzufügen. Der
resultierende Wirkungsquerschnitt wird untersucht sowohl mit als auch ohne Resummation von
großen Logarithmen der Geschwindigkeit an der Schwelle. Neben QCD Effekten berücksichtigen
wir auch elektroschwache Beiträge an der Schwelle auf führender Ordnung, welche zusammen mit
den QCD Beiträgen den Großteil des gesamten Wirkungsquerschnitts zur Paarerzeugung von Top
Quarks an der Schwelle geben. Außerdem verwenden wir die MSR Masse mit einer veränder-
baren Skala R um ein konsistentes Massenschema an der Schwelle, im Kontinuum, und in der
intermediären Region zu erhalten. Damit vermeiden wir sowohl das Renormalon-Problem der Pol-
masse, als auch Verletzungen des Power Countings durch die MS Masse an der Schwelle. Um keine
nicht-relativistische Beiträge im Kontinuum zu haben, multiplizieren wir die nicht-relativistischen
Beiträge mit einer sogenannten Switchoff-Funktion, die von 1 an der Schwelle kontinuierlich auf
0 im Kontinuum übergeht. Variationen dieser Funktion ermöglichen uns eine Abschätzung des
Fehlers des Wirkungsquerschnitts in der intermediären Region.
Unsere Resultate zeigen, dass der zusammengefügte Wirkungsquerschnitt vom reinen vNRQCD Re-
sultat schon direkt nach der Peak-Region der Schwelle abweicht. Der reine QCD-Wirkungsquerschnitt
zeigt Abweichungen für Energien bis ca. 20 GeV oberhalb der Schwelle. Die Auswirkungen der
Variation der Switchoff-Funktion nehmen von Ordnung zu Ordnung ab. Dies zeigt die Konsistenz
unserer Methode.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
quantum field theory linear colliders QCD CLIC ILC linear collider top quark particle physics
Schlagwörter
(Deutsch)
Top Quark Quantenfeldtheorie Linearbeschleuniger Teilchenphysik
Autor*innen
Angelika Widl
Haupttitel (Englisch)
Inclusive top quark pair production cross section at future linear colliders
Hauptuntertitel (Englisch)
matching threshold and continuum
Publikationsjahr
2018
Umfangsangabe
ii, 110 Seiten : Diagramme
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
André H. Hoang
Klassifikationen
33 Physik > 33.10 Theoretische Physik: Allgemeines ,
33 Physik > 33.19 Theoretische Physik: Sonstiges ,
33 Physik > 33.24 Quantenfeldtheorie ,
33 Physik > 33.50 Physik der Elementarteilchen und Felder: Allgemeines ,
33 Physik > 33.52 Feldtheorien ,
33 Physik > 33.56 Elementarteilchenphysik ,
33 Physik > 33.59 Physik der Elementarteilchen und Felder: Sonstiges
AC Nummer
AC15191895
Utheses ID
45702
Studienkennzahl
UA | 066 | 876 | |