[論文レビュー] Higgs production plus two jets at hadron colliders

V. Del Duca, William B. Kilgore+3 more|ArXiv.org|Sep 17, 2001

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、グルーオン融合による2本のジェットを伴うヒッグス粒子生成の次-leading-order計算を、トップクォークの質量依存性を完全に含めて行い、大トップ質量近似と比較している。200 GeV未満のヒッグス質量およびトップ質量未満のジェット横運動量では、大トップ質量近似が依然として正確であることが判明した。一方、ジェットの角度相関、特に準位差および方位角の非相関が、大型ハドロン衝突装置（LHC）におけるグルーオン融合と弱いボソン融合の過程を効果的に区別する。

ABSTRACT

In this talk we present a calculation of Higgs production via gluon fusion in association with two jets, including the full top-quark mass dependence, and compare it to the large top-mass limit. We find that the large top-mass limit is a good approximation as long as the Higgs mass is smaller than the top quark pair mass, and the jet transverse energies are smaller than the top mass. In addition, we compare Higgs production via gluon fusion and via weak-boson fusion, and consider final-state distributions, like the rapidity interval between the jets and the jet-jet azimuthal decorrelation, which may allow us to distinguish one fusion process from the other.

研究の動機と目的

• ハドロン衝突装置におけるグルーオン融合によるヒッグス＋2ジェット生成における、大トップクォーク質量近似の妥当性を評価すること。
• LHCにおけるヒッグス＋2ジェット最終状態へのグルーオン融合と弱いボソン融合の寄与を比較すること。
• 準位差や方位角の非相関といった、グルーオン融合と弱いボソン融合のメカニズムを区別できる運動量観測量を同定すること。
• ジェット横運動量およびジジェットインvariant質量が、大トップ質量近似の信頼性に与える影響を評価すること。
• 方位角相関が、標準模型を越えた新しい物理を探るための、WWH結合のテンソル構造のプローブとしての可能性を調査すること。

提案手法

• 1ループの仮想および実際の発光図を用いて、全トップクォーク質量依存性を含むグルーオン融合によるヒッグス＋2ジェット生成の次-leading-order QCD計算を実施。
• 結果を、トップクォークのループが有効なHgg頂点に置き換えられる大トップ質量近似と比較。この近似により、計算は2ループに簡略化される。
• 最小限のカットおよびWBF特有のカットを適用：$p_{j\bot} > 20$ GeV、$|η_j| < 5$、$R_{jj} > 0.6$、$m_{jj} > 600$ GeV。これにより、弱いボソン融合イベントを分離。
• 微分断面積を計算するため、因子化スケール $\mu_f = \sqrt{p_{1\perp}p_{2\perp}}$ および $\alpha_s(M_Z) = 0.12$ を用いたモンテカルロ統合を実施。
• 2つのジェット間の準位差 $\Delta\eta_{jj}$ および方位角 $\phi_{jj}$ の微分分布を分析し、生成メカニズムの区別に用いる。
• 再結合スケールの変動に対する断面積の感度を評価し、グルーオン融合チャンネルで強い依存性を示すことを確認。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LHCにおけるグルーオン融合によるヒッグス＋2ジェット生成において、大トップクォーク質量近似はどの程度正確か？
• RQ2 中間的ヒッグス質量領域において、ジェット横運動量およびジジェットインvariant質量が、大トップ質量近似をどれほど無効にするか？
• RQ3 2つのジェット間の準位差は、グルーオン融合寄与を効果的に抑制し、弱いボソン融合信号を強化できるか？
• RQ4 グルーオン融合と弱いボソン融合の過程における、2つのジェット間の方位角相関はどのように異なるか？
• RQ5 方位角非相関分布は、標準模型を越えた異常なWWH結合を区別できるか？

主な発見

• ヒッグス質量が200 GeV未満で、ジェット横運動量がトップ質量未満の範囲では、大トップクォーク質量近似が全トップクォーク質量計算を非常に良好に近似する。
• 質量 $m_H \approx 2m_t$ における閾値増幅効果が、全質量計算および大トップ質量計算の両方でよく再現されており、高質量領域における近似の堅牢性を確認した。
• WBF特有のカットを適用した場合、ヒッグス質量が100〜200 GeVの間では、弱いボソン融合がグルーオン融合を約3対1の割合で上回る。
• 弱いボソン融合ではグルーオン融合と比較して、2つのジェット間の準位差が顕著に大きいことが判明し、これが効果的な識別子となる。
• 弱いボソン融合では方位角分布が平坦である一方、グルーオン融合ではCP偶性の $HG_{\mu\nu}G^{\mu\nu}$ 結合に起因する特徴的な構造を示し、両メカニズムの明確な分離が可能である。
• 方位角非相関分布は、CP偶性とCP奇性の異常なWWH結合を区別でき、標準模型を越えた新しい物理を探るための有力なプローブとなる。