[論文レビュー] Finite quark-mass effects in the NNLOPS POWHEG+MiNLO Higgs generator

K. Hamilton, Paolo Nason+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 19, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 17被引用数 9

ひとこと要約

この論文は、NNLOPS POWHEG+MiNLO ヒッグスボソン生成ジェネレータを、NLO精度で有限のトップおよびボトムクォーク質量効果を含めるように拡張している。これは、ソフトおよび衝突限界を補間する改良された行列要素近似を用いる。有限クォーク質量の影響は小さく、制御された範囲に収まっており、ボトムクォーク効果における未知の対数構造の不確実性は、標準的なスケール変動の範囲内に収まっている。

ABSTRACT

We include finite top- and bottom-mass effects in the next-to-next-to-leading order parton shower (NNLOPS) event generator for inclusive Higgs boson production in gluon fusion based upon the POWHEG+MiNLO approach. Since fixed-order results for quark-mass effects only reach NLO accuracy, we add them to the NNLOPS generator at that accuracy. We explore uncertainties related to the unknown all-order logarithmic structure of bottom-mass effects by comparing the assumption of full exponentiation to no exponentiation at all. Phenomenological results showing the effects of finite quark-masses in the NNLOPS simulation are presented. These suggest that the aforementioned uncertainty is well contained within the envelope of plain renormalization and factorization scale uncertainties.

研究の動機と目的

• NNLOPS POWHEG+MiNLO ヒッグスボソン生成ジェネレータに、有限のトップおよびボトムクォーク質量効果を含める。
• ボトムクォーク質量効果におけるすべてのオーダーの対数構造の欠如を、完全な指数化対比と指数化なしの対比によって解消する。
• 排他的モンテカルロイベント生成の文脈において、有限クォーク質量を伴うヒッグス生成の物理的に妥当で正確なシミュレーションを提供する。
• 将来のLHC Run-IIの測定における理論的精度を確保するため、部分子シャワーにマッチしたジェネレータの精度を向上させる。

提案手法

• 有限クォーク質量効果は、NLO精度で取り入れられ、これらの効果の固定順序結果はNLOまでしか入手できない。
• 大$ m_t $-小$ m_b $極限を、$ m_b \ll p_T \ll m_H $および$ z \to 0 $の高エネルギー領域で統合した行列要素近似を構築する。
• 近似は正しいソフトおよび衝突限界を保持しており、$ z \to 1 $極限で消える因子化破壊項を含む。
• 有限$ m_t $と無限大$ m_t $の行列要素の比を用いて、領域間を補間することで、有限トップ質量依存性を捉える。
• 小$ m_b $近似における誤った発散を避けるために、レギュレータ$ \varepsilon = m_b^2 $を導入する。
• この手法は、大$ m_t $極限におけるソフト因子化および再結合構造と整合性を持つ。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 有限のトップおよびボトムクォーク質量は、NNLOPS POWHEG+MiNLOフレームワークにおけるヒッグスボソン生成にどのように影響を与えるか？
• RQ2 ボトムクォーク質量効果における未知のすべてのオーダーの対数構造が、物理的予測に与える影響は何か？
• RQ3 有限質量効果の大きさは、標準的な結合定数および因子化スケール不確実性と比べてどの程度か？
• RQ4 一貫性のある補間ベースの行列要素近似は、異なる運動論的領域で有限クォーク質量効果を正確に記述できるか？
• RQ5 有限クォーク質量の取り入れは、現実的なLHC観測量において、大$ m_t $近似から顕著なずれを引き起こすか？

主な発見

• NNLOPSジェネレータにおける有限クォーク質量効果は、包含的および微分的分布に対して小さな、定量的に無視できる影響を持つ。
• ボトムクォーク質量効果における未知のすべてのオーダーの対数構造に起因する不確実性は、標準的な結合定数および因子化スケール変動の範囲にしっかりと収まっている。
• 物理的結果から、有限質量補正はデータとの整合性に影響を与えないが、理論的精度を高めることが示された。
• 行列要素近似は、ソフトおよび衝突限界を適切に補間し、正しい因子化行動を保持している。
• 比$ \mathcal{M}_{gg\to H}^{[m_t,0]}/\mathcal{M}_{gg\to H}^{[\infty,0]} $による有限トップクォーク質量効果の取り入れは、非無限大$ m_t $補正の本質を捉えている。