[論文レビュー] Charged Higgs production with a top in MC@NLO

Tilman Plehn, C. Weydert|arXiv (Cornell University)|Dec 16, 2010

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用数 7

ひとこと要約

本稿では、LHCにおけるトップクォークと関連する電荷を帯びたヒッグスボソンの生成について、MC@NLO手法を用いて次-leading order QCD補正とパートンシャワー再結合を組み合わせた、精度の高い理論的枠組みを提示する。ボトムクォークの放射とトップクォークの崩壊運動量の整合的取り扱いにより、ジェットスペクトルとタギング効率の信頼できる予測が可能となり、五フレーバー体系ではボトムクォーク質量依存性が無視できるほど小さく、結合スケールおよび因子化スケールの変動に対しても安定した結果が得られる。

ABSTRACT

The production in association with a top quark is the most promising search channel for charged Higgs bosons at the LHC. We review its theoretical description including next-to-leading order corrections and the combination with a parton shower. The latter allows us to for the first time answer questions about the kinematics of all jets in the process. We then describe the consistent subtraction of intermediate states and present new results about the bottom mass uncertainty impacting the parton densisities.

研究の動機と目的

• LHCにおけるトップクォークと関連する電荷を帯びたヒッグスボソン生成の整合的理論的記述を提供すること。
• 固定順序NLO計算とパートンシャワーを組み合わせることで、パートン密度記述における四フレーバー体系と五フレーバー体系の間の矛盾を解消すること。
• 特に初期状態のボトムクォークおよびトップクォーク崩壊からのジェット放射を正確にシミュレートし、実験的解析を向上させること。
• 五フレーバー体系におけるボトムクォーク質量の不確実性がパートン密度関数および生成断面積に与える影響を定量化すること。
• オフシェルトップ崩壊が存在する中で、オンシェルトップ対生成と関連するtH⁻生成を分離するための一意的かつゲージ不変な減算スキームを確立すること。

提案手法

• NLOにおける五フレーバー体系および四フレーバー体系のtH⁻生成の実装、因子化スケールおよび結合スケールの整合的選択。
• MC@NLO手法を用いて固定順序NLO行列要素とパートンシャワー再結合を統合し、すべてのフェーズスペース領域で正確なジェット運動量を保証する。
• 物理的トップ幅を規制子として用い、ポイントワイズフェーズスペース減算スキームを適用して、オンシェルトップ対生成と関連するtH⁻生成を分離する。
• トップ崩壊幅およびブライト・ウィグナー伝播関数を用いて、全NLO計算におけるオフシェル効果をモデル化する。
• ゲージ不変な減算を保証するため、狭帯域近似を用いたPROSPINOフレームワークを用いる。
• ヒッグスボソン質量およびLHCエネルギー（7および14 TeV）の範囲で断面積の数値的評価を行い、スケール変動を用いて理論的不確実性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 tH⁻生成における四フレーバー体系と五フレーバー体系の比較において、全断面積およびジェット分布はどのように異なり、衝突角対数項の影響は何か？
• RQ2 パートンシャワー効果は、トップ-ヒッグス系および放射されたボトムジェットの横運動量およびラピディティスペクトルにどの程度影響を与えるか？
• RQ3 初期状態放射による放射ボトムジェットの運動学的特徴は、トップクォーク崩壊由来のボトムジェットと区別可能か？
• RQ4 実際の実験的条件下で、放射されたボトムジェットをタグするか観測する可能性はどの程度で、これは検出器の受容性にどのように依存するか？
• RQ5 入力としてのボトムクォーク質量が、五フレーバー体系におけるパートン密度関数およびtH⁻生成断面積に与える数値的影響は何か？

主な発見

• tH⁻生成における五フレーバー体系および四フレーバー体系のNLO計算は、全断面積において良好な一致を示し、分布の差異は主にジェット放射のモデル化に起因する。
• MC@NLOにおけるパートンシャワーの組み込みにより、低横運動量領域におけるNLO固定順序pT分布の発散が解消され、安定で物理的な記述が得られる。
• 初期状態放射由来の放射ボトムジェットは、トップクォーク崩壊由来のジェットよりもやや弱く、フェーズスペース内で区別可能であり、タギング効率は検出器の受容性に依存する。
• 五フレーバー体系におけるボトムクォーク質量依存性は衝突角対数項によって抑制され、全断面積不確実性の1%未満に寄与する。
• 減算されたtH⁻生成断面積のK要因は、ヒッグスボソン質量がトップクォーク質量に等しい閾値mH = mtを越えて平坦に保たれ、摂動論的安定性が示される。
• 14 TeVにおけるtH⁻生成のNLO断面積は、mH = 500 GeVで0.12 pb、mH = 200 GeVで1.4 pbの範囲にあり、中央スケール周辺のスケール変動は±15%の範囲に収まる。