[論文レビュー] Associated Top Quark-Higgs Boson Production at the LHC

S. Dawson, Orr, L. H.+2 more|ArXiv.org|Nov 28, 2002

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 2被引用数 145

ひとこと要約

この論文は、LHCにおけるヒッグス粒子とトップクォークの連携生成の包括的断面積に対する次-leading-order (NLO) QCD補正を提示している。$√s = 14$ TeVにおける$pp \to t\bar{t}h$過程を計算し、スケール依存性を顕著に低減するとともに、$m_t$より大きなスケールでは断面積を20–40%向上させる。これにより、トップクォークのヒッグスカップリングの精密測定および標準模型を超える新しい物理の探査の精度が向上する。

ABSTRACT

We compute the O(alpha_s^3) inclusive cross section for the process pp -> t-tbar-h in the Standard Model, at sqrt(s)=14 TeV. The next-to-leading order corrections drastically reduce the renormalization and factorization scale dependence of the Born cross section and increase the total cross section for renormalization and factorization scales larger than m_t. These corrections have important implications for models of new physics involving the top quark.

研究の動機と目的

• LHCにおける$\sqrt{s} = 14$ TeVでの$pp \to t\bar{t}h$の$\mathcal{O}(\alpha_s^3)$包括的断面積を計算すること。
• ボーンレベル断面積における理論的不確かさ、特に規約化スケールおよび因子化スケールの依存性を低減すること。
• 標準模型の検証および新しい物理の探査のため、トップクォーク-ヒッグスカップリング測定の精度を向上させること。
• ヒッグス粒子探索およびカップリング研究における$t\bar{t}h$生成の解釈に役立つ信頼性の高い理論枠組みを提供すること。

提案手法

• $\overline{\text{MS}}$スキームを用い、$\mathcal{O}(\alpha_s^3)$の部分的断面積を含む次-leading-order (NLO) QCD補正を採用した計算手法。
• 仮想補正は、質量のあるトップクォークおよびヒッグス粒子を含む、自己エネルギー、頂点、ボックス、五角形図を含む1ループ図により計算された。
• 実補正は、赤外特異性を分離するためにドーピング減算法およびシングルカット相空間スライシング (PSS) アプローチを用いて取り扱った。
• $q\bar{q}$、$gg$、および$(q,\bar{q})g$初期状態からの寄与を含み、$1/N_c$に比例する副次的色構造を完全に組み込んだ。
• $\alpha_s$を2ループ (NLO) および1ループ (LO) 水準で進化させ、NLO用にCTEQ4M、LO用にCTEQ4Lのパートン分布関数を使用した。
• 赤外特異性は、ソフトおよび衝突近似を用いて解析的に因子化され、PSS法とドーピング減算法の間で一貫性の確認がなされた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LHCにおける$pp \to t\bar{t}h$断面積のスケール依存性に、NLO QCD補正がどのように影響するか？
• RQ2 NLO補正は、$\sqrt{s} = 14$ TeVにおける$t\bar{t}h$生成の全断面積をどの程度増加させるか？
• RQ3 異なる赤外正則化技術を用いた過去の計算と比較して、結果はどのように一致するか？
• RQ4 仮想補正および実補正の計算において、副次的$1/N_c$項を含めることの影響は何か？
• RQ5 スケール依存性、PDF、およびトップクォーク質量に起因するNLO断面積の理論的不確かさは何か？

主な発見

• NLO QCD補正により、ボーン断面積の規約化および因子化スケール依存性が1桁以上低減された。
• スケール$\mu > m_t$では、NLO断面積はLO結果に対して1.2から1.4倍に増加した。
• スケール$\mu = 2m_t + M_h$における$M_h = 120$ GeVのNLO断面積は約1.2 pbであり、理論的不確かさは15–20%であった。
• シングルカットPSS法とドーピング減算法の両結果は、統計的および系統的誤差の範囲内で一致し、赤外正則化アプローチの妥当性が裏付けられた。
• $q\bar{q}$初期状態補正における副次的$1/N_c$項の組み込みは、正確性にとって不可欠であり、本研究で初めてこの文脈で計算された。
• 本計算は、1つ以上の質量のある最終状態粒子を含む過程へのPSS法の初適用を示しており、$t\bar{t}h$生成の堅牢なNLO予測を可能にした。