[論文レビュー] Electromagnetic Higgs production

J. Miller|ArXiv.org|Apr 16, 2007

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 6被引用数 6

ひとこと要約

本論文は、LHCにおける中心的弾道的ヒッグスボソン生成の2つのメカニズム、光子-光子融合およびポメロン-ポメロン融合を用いて断面積を計算している。ポメロン融合は生存確率（約4×10⁻³）の低減により抑制されるが、急速性ギャップの埋められ方の抑制によりバックグラウンドが減少するため、結果として光子-光子融合と同等の断面積が得られ、両プロセスともLHCにおける排他的ヒッグス検出に実用的であることが示された。

ABSTRACT

The cross section for central diffractive Higgs production is calculated, for the LHC range of energies. The graphs for the possible mechanisms for Higgs production, through pomeron fusion and photon fusions are calculated for all possibilities allowed by the standard model. The cross section for central diffractive Higgs production through pomeron fusion, must be multiplied by a factor for the survival probability, to isolate the Higgs signal and reduce the background. Due to the small value of the survival probability $\Lb 4 imes 10^{-3}\Rb $, the cross sections for central diffractive Higgs production, in the two cases for pomeron fusion and photon fusion, are competitive.

研究の動機と目的

• LHCにおける電磁的メカニズムを用いた中心的排他的ヒッグスボソン生成の実現可能性を評価すること。
• 光子-光子融合とポメロン-ポメロン融合によるヒッグス生成の断面積を比較すること。
• 生存確率がポメロン融合による排他的ヒッグス生成に与える影響を評価すること。
• ハード再散乱効果による抑制にもかかわらず、ポメロン融合が依然として有効なチャネルであるかどうかを特定すること。

提案手法

• 電磁的カップリングに比例するαem⁴に従い、既知の電磁的カップリングを用いて光子-光子融合による中心的弾道的ヒッグス生成断面積を計算する。
• BFKLポメロンとグルーオンカップリングを用い、Q²を運動量移動として用いて、ポメロン-ポメロン融合断面積を評価する。この断面積はαs⁴(Q²)に比例する。
• 急速性ギャップの埋められ方を抑制するため、ハード再散乱によるバックグラウンドを抑えるために生存確率要因4×10⁻³を適用する。
• 標準模型のヒッグスポテンシャルとカップリング（弱い相互作用を表すG_Fおよびm_Wを含む）を用いて、部分反応振幅を計算する。
• フェルミオンおよびトップクォークの寄与によるヒッグスカップリング振幅のループ積分を評価し、m_t ≫ M_Hの下で主要な項を保持する。
• 対数的項のテイラー展開を用いてフェルミオントライアングル図の振幅を導出し、主にトップクォークの寄与に注目する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LHCエネルギー下での光子-光子融合による中心的排他的ヒッグスボソン生成の断面積は何か？
• RQ2 生存確率は、排他的ヒッグス生成におけるポメロン-ポメロン融合の断面積にどのように影響するか？
• RQ3 ハード再散乱効果による抑制にもかかわらず、ポメロン-ポメロン融合は光子-光子融合と同等に競争力を持つだろうか？
• RQ4 フェルミオントライアングル図におけるヒッグスカップリング振幅の主な寄与は何か？
• RQ5 標準模型のカップリングは、2つの生成メカニズムの相対的断面積にどのように影響するか？

主な発見

• 光子-光子融合による中心的排他的ヒッグス生成断面積は約0.1 fbと計算された。
• ポメロン-ポメロン融合の断面積は、生存確率4×10⁻³により抑制され、光子-光子融合と同等のレベルにまで低下した。
• 生存確率が小さいため、ポメロン-ポメロン融合の排他的断面積は約0.03 fbと推定され、光子-光子融合と同等に競争力を持つことがわかった。
• トップクォークの寄与がフェルミオンループ振幅を支配しており、m_t ≫ M_Hの下でI_t ≈ 1/3となる。
• フェルミオントライアングル図の振幅はA_f = -2/3 × (α_em G_F^{1/2} 2^{1/4}) / πに比例し、主に重いクォークからの寄与が支配的である。
• 計算により、光子-光子融合およびポメロン-ポメロン融合の両メカニズムが、LHCにおける排他的ヒッグス検出に測定可能な断面積を提供することが確認された。