[論文レビュー] Higgs boson production in association with a photon via weak boson fusion

K. Arnold, Terrance Figy+2 more|arXiv (Cornell University)|Oct 11, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、LHCにおける弱いボソン融合（WBF）経由でのヒッグス粒子と光子の連関生成について、次-leading order（NLO）QCD計算を提示している。計算はVBFNLOモンテカルロフレームワークに実装されている。研究では、全断面積に対する補正は小さく、スケール不確かさが2–4%の範囲に収まっているが、NLO効果は特に高横運動量領域において、主要な分布の形状を顕著に変化させ、理論的不確かさを低減し、バックグラウンドを効果的に抑制することで、Hbb Yukawa結合の探査におけるプロセスの可能性を高めている。

ABSTRACT

We present next-to-leading order QCD corrections to Higgs production in association with a photon via weak boson fusion at a hadron collider. Utilizing the fully flexible parton level Monte-Carlo program VBFNLO, we find small overall corrections, while the shape of some distributions is sensitive to radiative contributions in certain regions of phase-space. Residual scale uncertainties at next-to-leading order are at the few-percent level. Being perturbatively well under control and exhibiting kinematic features that allow to distinguish it from potential backgrounds, this process can serve as a valuable source of information on the $Hb\bar{b}$ Yukawa coupling.

研究の動機と目的

• LHCにおける弱いボソン融合を介したヒッグス粒子と光子の連関生成について、正確な理論的予測を提供すること。
• 信号プロセスのNLO-QCD補正を計算することで、Hbb Yukawa結合測定における理論的不確かさを低減すること。
• QCD放射補正がH→b̄bγ最終状態の運動量分布およびバックグラウンド抑制に与える影響を評価すること。
• 特に新しい物理に敏感な領域において、信号トポロジーがNLO補正に対してどれほど頑健であるかを評価すること。
• 将来のLHC解析のため、VBFNLOフレームワークを用いてHγjjプロセスの正確なシミュレーションを可能にすること。

提案手法

• NLO-QCD補正をpp→Hγjj過程に計算するために、VBFNLO部分素子レベルモンテカルロプログラムを用いた。
• 因子化および再正規化スケールをμF=ξFQiおよびμR=ξRQiに設定し、ξF,ξR∈[0.5,2]としてスケール不確かさを推定した。
• 弱いボソン融合トポロジーを分離するために、WBFカット（Δη>2、タギングジェットに対してpT>20 GeV）を適用した。
• 計算速度を向上させるために、t-およびuチャネル干渉項およびV→qq̄衰えを無視したが、関連する位相空間領域での精度は保持された。
• 相対的補正をδ(O) = [dσ(ξ)/dO]/[dσ^NLO(ξ=1)/dO] − 1の式を用いて、観測量へのNLO効果を定量化した。
• ヒッグス崩壊生成物と光子からのHγインヴァリアント質量分布を再構築し、信号の運動量構造を研究した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 弱いボソン融合経由でのヒッグス粒子と光子の連関生成に対するNLO-QCD補正の大きさとスケール依存性は何か？
• RQ2 NLO補正は、最も強いタギングジェットの横運動量分布の形状にどのように影響を与えるか？
• RQ3 NLO補正は、LO予測と比較して、H→b̄bγ信号における理論的不確かさをどの程度低減するか？
• RQ4 中央光子要件は、QCDバックグラウンドを効果的に抑制すると同時に、信号率をどの程度維持できるか？
• RQ5 フェルミオン線とWボソン線からの光子放出の破壊的干渉が、信号率および分布形状に与える影響は何か？

主な発見

• 統合断面積に対するNLO-QCD補正は小さく、すべての観察量において数パーセントの残存スケール不確かさ（≤4%）が得られた。
• 最も強いタギングジェットの横運動量分布の形状は、NLO補正によって顕著に変化し、ピークが低いpT値にシフトした。
• 高pT領域では、横運動量分布に対する相対的補正が10%を超えることが判明し、新しい物理に敏感な位相空間領域で非自明なNLO効果が存在することが示された。
• 120 GeVのヒッグス粒子に対して、Hγ系のインヴァリアント質量分布は約165 GeVでピークを示し、NLO補正により再構築の精度が向上した。
• WBFカットにより信号断面積は約2倍に減少し、位相空間抑制の予想と整合的であった。
• グルーオンから光子への結合が存在しないため、QCDバックグラウンドが強く抑制され、信号対バックグラウンド比はQCD誘導バックグラウンドに対して約3000倍向上した。