[論文レビュー] Handbook of LHC Higgs Cross Sections: 1. Inclusive Observables

S. Dawson, R. Tanaka+62 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 247被引用数 301

ひとこと要約

このハンドブックは、LHCにおける包含的ヒッグスボソン生成断面積について、包括的かつ最新の要約を提供しており、グルーオン融合、ベクトルボソン融合、トップクォークやベクトルボソンとの関連生成、およびMSSM拡張を含む複数の生成モードにおいて、次-leading-order (NLO) および次々-leading-order (NNLO) の量子色力学 (QCD) 紛糾を統合しています。全断面積に対する正確な理論的予測とその不確実性を明示しており、7 TeVおよび14 TeVの中心系エネルギーにおけるLHCヒッグス物理学および実験的解析の基盤となるものです。

ABSTRACT

This Report summarizes the results of the first 10 months' activities of the LHC Higgs Cross Sections Working Group. The main goal of the working group was to present the status-of-art on Higgs Physics at the LHC integrating all new results that have appeared in the last few years. The Report is more than a mere collection of the proceedings of the general meetings. The subgroups have been working in different directions. An attempt has been made to present the first Report from these subgroups in a complete and homogeneous form. The subgroups' contributions correspondingly comprise the main parts of the Report. A significant amount of work has been performed in providing higher-order corrections to the Higgs-boson cross sections and pinning down the theoretical uncertainty of the Standard Model predictions. This Report comprises explicit numerical results on total cross sections, leaving the issues of event selection cuts and differential distributions to future publications. The subjects for further study are identified.

研究の動機と目的

• LHCにおける包含的ヒッグスボソン生成断面積の統一的かつ最新で一貫性のある理論的枠組みを提供すること。
• すべての主要なヒッグス生成モードにわたる最新の高次のQCD補正（NLO、NNLO）およびPDF不確実性を統合すること。
• √s = 7および14 TeVにおける全断面積の正確な数値的予測を提供し、実験的解析のベンチマークとして機能させること。
• ヒッグス断面積計算における主要な理論的不確実性および今後の研究の方向性を特定すること。
• LHCヒッグス断面積ワーキンググループの標準化された参考文献として機能させること。主に理論的および素性研究グループの貢献を統合する。

提案手法

• グルーオン融合、ベクトルボソン融合、トップクォークまたはベクトルボソンとの関連生成を含む、すべての主要なヒッグス生成チャネルに対して、NLOおよびNNLO精度の高度なQCD計算を採用。
• MSTW2008およびその他の最新のパラメータセットを含む現代的なパートン分布関数（PDFs）を用いて、理論的不確実性を評価。
• グルーオン融合にはHIGLU、ボトムクォーク関連ヒッグス生成にはbbH@NNLO、MSSMヒッグス系にはFeynHiggsを用いた専用ツールの適用。
• ソフトウェアパッケージ間の系統的比較（例：FeynHiggs対CPsuperH）を実施し、Brおよび断面積の整合性を確認。
• トップクォークおよび荷電ヒッグス生成における五素子フレームワーク（5FS）および四素子フレームワーク（4FS）を適用し、適切なマッチングとスケーリングを実施。
• 7および14 TeVにおけるMSSMパラメータ空間（mA、tanβ）の完全なスキャンを実施し、ベンチマークm_h^maxシナリオにおける生成断面積のマップを構築。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高次のQCD補正を含めた、LHCにおける全ヒッグスボソン生成断面積の最も正確な理論的予測は何か？
• RQ2 特にPDFおよびスケール変動による理論的不確実性が、ヒッグス断面積予測の信頼性にどのように影響するか？
• RQ3 MSSMにおいて、tanβの異なる値に対して、グルーオン融合とボトムクォークからのヒッグス放射の相対的寄与はどの程度か？
• RQ4 NLO QCD補正は、トップクォークと関連する荷電ヒッグスボソン生成断面積にどのように影響するか？
• RQ5 MSSMにおける荷電ヒッグスボソンの主な生成メカニズムは何か？また、その生成断面積は、中間子的ヒッグス（mA）およびtanβの質量にどのように依存するか？

主な発見

• 標準模型ヒッグスボソンのLHCにおけるヒッグス生成では、グルーオン融合が支配的であり、特に高エネルギー領域で顕著で、NNLO精度で断面積が予測されている。
• MSSMにおいては、tanβが大きい場合（例：tanβ = 30）にボトムクォークからのヒッグス放射が支配的となるが、tanβが小さい場合（例：tanβ = 5）にはグルーオン融合が競争的または支配的である。
• m_h^maxシナリオにおけるMSSM中性ヒッグスボソンの全断面積は、√s = 7および14 TeVにおける（mA、tanβ）平面全体の完全なスキャンとして提供されており、電子形式で入手可能である。
• NLO QCD補正は、トップクォーク関連ヒッグス生成（tth）および4FSおよび5FSスキームにおける荷電ヒッグス生成のスケール不確実性を顕著に低減する。
• FeynHiggsとCPsuperHの両方で、トップクォークが荷電ヒッグスボソンに崩壊する（t → bH±）Brが一貫して計算され、良好な一致が得られた。
• PDFおよびスケール変動による理論的不確実性が定量的に評価され、14 TeVではほとんどのプロセスで5%未満であることが判明し、LHC断面積予測の信頼性が向上した。