[論文レビュー] Higgs plus one jet production at NNLO

Xuan Chen, T. Gehrmann+2 more|arXiv (Cornell University)|Apr 14, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 33被引用数 7

ひとこと要約

本稿では、重いトップクォーク近似におけるアンテナ減算形式を用いて、LHCにおけるヒッグス粒子と1本のジェットの生成に関する、初めての完全な次々次の精度（NNLO）計算を提示する。理論的不確かさが顕著に低減され、全断面積および微分断面積について高精度の予測が得られ、低運動量領域ではATLASデータと良好な一致を示すが、高 $p_{\mathrm{T}}$ ではわずかに予測値が低くなる傾向を示しており、乖離を解消するためにはさらにRun 2のデータが必要であることを示唆している。

ABSTRACT

We present the computation of Higgs boson plus one jet production at NNLO at the LHC. The computation is carried out in the heavy-top-quark approximation and using the antenna subtraction formalism to handle the IR divergent structure of the individual contributions. All channels and all colours are included. We illustrate aspects of the subtraction formalism and present results for the total cross section as well as distributions in the kinematical variables using a realistic experimental setting. We make a comparison between our results and recent ATLAS data for $H+j$ production.

研究の動機と目的

• 8 TeVでの陽子-陽子衝突におけるヒッグス粒子と1本のジェットの生成に対する完全なNNLO補正を計算すること。
• 全色構造およびスピン状態の過程におけるすべての赤外発散を処理できる、堅牢な赤外減算スキームを実装すること。
• 現実的なATLAS実験条件下での全断面積および微分分布について、正確な予測を提供すること。
• 高多重度、全色のNNLO計算において、アンテナ減算形式を他の減算手法と比較してベンチマークすること。
• Higgs粒子の性質に関する今後の精密な研究を可能にするために、H+j最終状態用の柔軟で排他的なモンテカルロジェネレータを提供すること。

提案手法

• 計算は、1つのループを削減する重いトップクォーク効果理論に基づいて実施され、$2m_t$ 以下のスケールで有効である。
• 二重実際状態、実際-虚数状態、二重虚数状態の寄与に由来する赤外発散を体系的にキャンセルするため、アンテナ減算形式が用いられる。
• 計算にはすべての色構造およびスピン状態が含まれており、全色および運動量的完全性が保証される。
• 減算項は、行列要素の不規則な状態における特異極限を再現する普遍的なアンテナ関数から構成される。
• 数値的統合にはモンテカルロ法が用いられ、フェーズ空間統合には最終状態を定義するジェット関数が含まれる。
• 結果は独立したNNLO計算との整合性を確認し、同一の実験的カットと設定を用いてATLASデータと比較された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NNLO補正は、LHCにおけるヒッグス＋1ジェット生成の全断面積および微分分布にどのように影響を与えるか？
• RQ2 アンテナ減算形式は、全色・全スピン状態のNNLO計算における赤外発散を、信頼性と効率性を兼ね備えたフレームワークとして効果的に処理できるか？
• RQ3 NNLO予測は、形状および正規化の観点から、既存のATLASデータ（$H+j$生成）とどの程度一致するか？
• RQ4 NNLO補正を含めた後の残存理論的不確かさはどの程度であり、LOおよびNLOと比較してどうなるか？
• RQ5 重いトップクォーク近似が破綻する運動量領域はどこか？また、有限なトップクォーク質量効果は観測されたデータとの乖離にどのような役割を果たすか？

主な発見

• $\sqrt{s} = 8$ TeVにおける$H+j$生成の全NNLO断面積は、同じフィジカルな設定下でCaola, Melnikov, および Schulzeの結果と良好に一致している。
• NNLO補正により全断面積はNLOに比べて約10–15%増加し、残存スケール不確かさは約10%である。
• 主ジェットの横運動量分布に関しては、低 $p_{\mathrm{T}}$ では断面積が最大で1.2倍に増加するが、高 $p_{\mathrm{T}}$ では1に近づき、有効理論が破綻する領域に達する。
• ヒッグス粒子の横運動量分布は、中程度の $p_{\mathrm{T}}$ で最大で1.3倍に増加し、残存スケール不確かさは10–15%である。
• 両方の分布（主ジェットおよびヒッグス粒子）において、NNLO予測は高 $p_{\mathrm{T}}$ でATLASデータ点を下回っており、将来的なRun 2データで解消される可能性がある矛盾を示唆している。
• NNLO補正による分布の形状変化は限定的であり、主に全断面積の正規化シフトに起因し、運動量構造の著しい歪みは生じない。