[論文レビュー] Higgs characterisation: NLO and parton-shower effects

Federico Demartin, Kentarou Mawatari+2 more|arXiv (Cornell University)|May 26, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、LHCにおける1つのトップクォークを伴うヒッグスボソン生成に関する次-leading-order (NLO) QCDおよびパートンシャワー正確な予測を提示し、トップ＝ヒッグス相互作用におけるCP違反効果に注目する。$tH$過程がトップ＝ヒッグス相互作用におけるCP混合に非常に感受的であることが示され、異なるフレーバー体系とPDFセットを用いた理論的不確実性がきめ細かく評価されている。

ABSTRACT

We present the Higgs Characterisation (HC) framework to study the properties of the Higgs boson observed at 125 GeV. In this report, we focus on CP properties of the top-quark Yukawa interaction, and show predictions at next-to-leading order accuracy in QCD, including parton-shower effects, for Higgs production in association with a single top quark at the LHC.

研究の動機と目的

• Higgs Characterisation (HC)フレームワークを用いて、トップクォークのヤコビアンカップリングのCP性質を研究すること。
• 13 TeV LHCにおける$tH$生成のNLO QCD正確な予測を提供すること、パートンシャワーのマッチングを含むこと。
• スケール、PDF、$\alpha_s$、$m_b$、および4F/5Fフレーバー体系の不一致に起因する理論的不確実性を定量化すること。
• $tH$生成がトップ＝ヒッグス相互作用におけるCP違反的位相にどれほど感受的であるかを評価すること。
• HCフレームワークを用いたMadGraph5_aMC@NLOにおけるクロスセクションおよび分布の自動計算を可能にすること。

提案手法

• Higgs Characterisation (HC)フレームワークを用い、スピン0粒子$X_0$がCP違反的相互作用を通じてトップクォークと結合する有効場理論(EFT)アプローチに基づく。
• 有効ラグランジアンには、$\cos\alpha$および$\sin\alpha$によるCP混合が含まれ、ヒッグスおよび擬スカラー結合の再スケーリングパラメータ$\kappa_{\scriptscriptstyle Htt}, \kappa_{\scriptscriptstyle Att}$を含む。
• NLO QCD補正は、MadGraph5_aMC@NLOを用いて計算され、4Fおよび5F体系の両方で$tH$過程の自動生成が行われた。
• パートンシャワー効果はPythia8を用いて取り入れられ、微分的分布におけるNLO+PSマッチド予測が可能になった。
• 理論的不確実性は、規格化/分離スケールの変動、PDFセット（NNPDF2.3、MSTW2008、CT10）、$\alpha_s$、$m_b$の変動を用いて評価され、統合誤差推定が行われた。
• 4F+5Fの組み合わせ予測は、両体系における最大値と最小値の平均として定義され、フレーバー体系の不確実性を推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CP違反的位相$\alpha$によってパラメトライズされたトップ＝ヒッグスカップリングにおける$\alpha$の変動に、$tH$生成がどれほど感受的であるか？
• RQ2 13 TeVにおける$\mathrm{NLO+PS}$のQCDおよびパートンシャワー効果が、$tH$クロスセクションおよびヒッグスの横方向運動量分布に与える影響は？
• RQ3 4Fおよび5Fフレーバー体系に起因する理論的不確実性が、$tH$クロスセクションの予測に与える影響は？
• RQ4 異なるPDFセット（NNPDF2.3、MSTW2008、CT10）が$tH$クロスセクションおよびその不確実性に与える影響は？
• RQ5 CP混合角$\alpha$が$tH$および$t\bar{t}H$生成クロスセクションに与える影響は？ただし、SMのグルーオン融合率を維持するものとする。

主な発見

• 13 TeV LHCにおける$tH$クロスセクションは、4F体系で69.81 fb、5F体系で74.80 fb（NNPDF2.3 PDFを用いて）の中央値として予測された。
• 4F+5Fの組み合わせ予測において、$tH + \bar{t}H$チャンネルの理論的不確実性（スケール、PDF、$\alpha_s$、$m_b$を含む）は約3%に達した。
• NNPDF2.3 PDFを用いた場合、4F+5Fの組み合わせ不確実性は$tH + \bar{t}H$に対して$\pm 10.1\%$に達し、顕著なフレーバー体系依存性を示した。
• NLO+PS精度のヒッグスボソンの$p_T$分布では、4Fおよび5F体系の間で明確な差が見られ、特に高$p_T$領域で顕著であった。
• $\alpha = 90^\circ$の場合、$tH$クロスセクションはSMと比較して約20%低下し、$\gamma\gamma$崩壊幅比は約10%低下した。
• $t\bar{t}H$クロスセクションは$tH$ほど$\alpha$に感受的ではないが、研究された$\alpha$範囲で約10%の変動を示した。