[論文レビュー] Four-jet event shapes in hadronic Higgs decays

A. Gehrmann–De Ridder, Christian T. Preuss+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 13, 2023

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 2

ひとこと要約

本稿では、EERAD3モンテカルロジェネレータ内でのアンテナ減算フレームワークを用いて、ハドロン的ヒッグス崩壊における4ジェット型イベント形状観測量の、初めての次-leading order (NLO) ピerturbative QCD予測を提示する。NLO補正は大きく、特にH→gg崩壊モードでは高次の補正が強化され、ピーク位置の顕著なシフトが観測される。H→b¯bとH→ggの間で形状に顕著な違いが生じる。

ABSTRACT

We present next-to-leading order perturbative QCD predictions for four-jet-like event-shape observables in hadronic Higgs decays. To this end, we take into account two Higgs-decay categories: involving either the Yukawa-induced decay to a $b\bar{b}$ pair or the loop-induced decay to two gluons via an effective Higgs-gluon-gluon coupling. We present results for distributions related to the event-shape variables thrust minor, light-hemisphere mass, narrow jet broadening, $D$-parameter, and Durham four-to-three-jet transition variable. For each of these observables we study the impact of higher-order corrections and compare their size and shape in the two Higgs-decay categories. We find large NLO corrections with a visible shape difference between the two decay modes, leading to a significant shift of the peak in distributions related to the $H o gg$ decay mode.

研究の動機と目的

• ハドロン的ヒッグス崩壊における4ジェット型イベント形状観測量のNLO QCD補正を、初めて計算すること。
• Yukawa結合によって誘導されるH→b¯bと、ループによって誘導されるH→ggの2つの崩壊カテゴリ間で、NLO補正の大きさ、形状、摂動的安定性を比較すること。
• 将来のレプトン衝突機における高精度研究のための理論的入力として、ジェット観測量のNNLOおよびN3LO計算を支援すること。
• 特にH→ggチャネルにおいて、イベント形状分布を用いたヒッグス崩壊モードの区別を可能にすること。

提案手法

• NLO計算における赤外・衝突特異性を処理するために、アンテナ減算フレームワークを採用した。
• Bornレベルで4パートン最終状態を含む、ハドロン的ヒッグス崩壊を組み込んだEERAD3部分素描モンテカルロジェネレータを拡張した。
• 2つの異なるヒッグス崩壊カテゴリを扱った：有限のYukawa結合を有するH→b¯bと、有効的ヒッグス・グルーオン・グルーオン結合を有するH→gg。
• 有効理論近似において、質量ゼロのbクォークと無限に重いトップクォークを仮定した。
• OpenLoops2と整合したスケール変動および正規化スキームを用いて、信頼性の高い不確かさ推定を実施した。
• 既知の極限との整合性を確認し、赤外および衝突領域での一貫性を保証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NLO QCD補正は、ハドロン的ヒッグス崩壊における4ジェットイベント形状分布の形状と正規化にどのように影響するか？
• RQ2 H→b¯bとH→ggの崩壊モード間で、NLO補正の大きさと形状にどのような差異があるか？
• RQ3 スルスト・ミニマやDパラメータなどのイベント形状観測量が、2つのヒッグス崩壊カテゴリをどの程度区別できるか？
• RQ4 H→ggチャネルにおいて、NLO補正の影響でイベント形状分布のピーク位置がH→b¯bと比較してどの程度シフトするか？
• RQ5 高次の補正は、これらの観測量の赤外行動にどのような影響を及えるか？

主な発見

• すべてのイベント形状分布は、LOで赤外極限において特徴的な発散を示し、NLO予測では負の無限大へ発散する前にピークが形成される。
• NLO補正は大きく、H→b¯b崩壊モードではK要因が1.7〜2.3、H→ggモードでは1.3〜1.8の範囲にあり、観測量に依存する。
• H→b¯b崩壊では補正の形状が平坦である一方、H→gg崩壊ではより曲がった形状を示し、グルーオンチャンネルではより顕著な非自明なダイナミクスが存在することが示唆される。
• H→ggモードでは顕著なピークシフトが観測され、赤外極限（log(y34) = −5.6）から離れてピークが移動している。H→b¯bモード（log(y34) = −8.1）と比較して顕著な差が見られる。
• LOとNLO予測の交差点もH→ggチャネルでシフトしており、2つの崩壊カテゴリ間で顕著な形状差が存在することが裏付けられる。
• Dパラメータとスルスト・ミニマが最大のNLO補正を示し、狭いジェット幅拡散およびライトヘミスフェア質量はわずかに小さい補正を示す。