[論文レビュー] Higgs Decay into Hadrons to Order alpha(s)**5

P.A. Baikov, K.G. Chetyrkin|arXiv (Cornell University)|Apr 22, 2006

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 2

ひとこと要約

本稿では、トップクォーク質量の2倍未塔のヒッグスボソンに対して、量子色力学（QCD）のO(α_s^5)補正による2光子へのヒッグスボソン decay 幅の解析的計算を提示する。この結果は、スケール依存性を安定化させ、理論的不確実性を低減するとともに、ハドロン的幅を約1パーミル増加させ、LHCにおけるヒッグス信号強度予測の精度を顕著に向上させる。

ABSTRACT

We present in analytic form the O(alpha_s^5) correction to the H->gg partial width of the standard-model Higgs boson with intermediate mass M_H<2M_t. Its knowledge is useful because the O(alpha_s^4) correction is sizeable (around 20%). For M_H=120 GeV, the resulting QCD correction factor reads 1 + (215/12) alpha_s^(5)(M_H)/pi + 152.5 (alpha_s^(5)(M_H)/pi)^2 + 381.5 (alpha_s^(5)(M_H)/pi)^3 \\approx 1+0.65+0.20+0.02. The new four-loop correction increases the total Higgs-boson hadronic width by a small amount of order 1 promille and stabilizes significantly the residual scale dependence.

研究の動機と目的

• M_H < 2M_tのヒッグスボソンに対して、H→ggへの五ループQCD補正（O(α_s^5)）のdecay 幅を計算すること。
• LHCにおける信号強度予測の正確性に不可欠なヒッグスボソンのハドロン的幅の理論的精度を向上させること。
• 理論的予測における残存するスケール依存性を低減し、ヒッグス結合測定の信頼性を高めること。
• 高次の精度を実現できる解析的結果を提供すること。

提案手法

• 本計算は、ヒッグス→2光子部分幅への五ループQCD補正を計算するために、量子場の理論における解析的手法を用いる。
• この手法は、強い結合定数α_sにおける五ループまでを含む、微小摂動QCDと、走り込み群方程式の使用を含む。
• 計算は中間的ヒッグス質量（M_H < 2M_t）の極限で行われ、トップクォークのループは仮想補正として扱われる。
• 結果は、α_s^(5)(M_H)/πのべき級数として表現され、フェ Feynman 図の解析的計算から得られた係数を含む。
• 既知の低次の補正（O(α_s^4)まで）と整合性を保ち、ゲージ不変性を維持する。
• 最終的な結果は、既知の漸近的挙動および走り込み群不変性との整合性チェックを通じて検証された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 M_H=120 GeVのヒッグスボソンに対して、H→gg部分幅へのO(α_s^5)補正の解析的値は何か？
• RQ2 五ループQCD補正の取り入れが、ヒッグスハドロン的幅における理論的不確実性にどのように影響するか？
• RQ3 新しい補正が、ヒッグス decay 予測における残存スケール依存性をどの程度低減するか？
• RQ4 O(α_s^5)補正が、全ヒッグスボソンハドロン的幅に与える数値的影響は何か？
• RQ5 五ループ補正は、既に知られていたO(α_s^4)補正と比較して、どの程度の大きさか？

主な発見

• O(α_s^5)補正により、M_H=120 GeVのとき、全ヒッグスボソンハドロン的幅が約1パーミル増加する。
• 補正係数は、1 + 0.65 + 0.20 + 0.02であり、級数1 + (215/12)(α_s^5/π) + 152.5(α_s^5/π)^2 + 381.5(α_s^5/π)^3に対応する。
• O(α_s^5)補正は全幅に0.02を寄与するが、これは精度物理学において小さくない重要性を持つ。
• 五ループ補正の取り入れにより、理論的予測における残存スケール依存性が顕著に低減される。
• 補正は摂動級数を安定化させ、ヒッグス信号強度の決定の信頼性を向上させる。
• O(α_s^4)補正が顕著に大きい（約20%）ことが確認され、O(α_s^5)項が高精度でこの推定値をさらに精緻化することが示された。