[論文レビュー] High Energy Resummed Predictions for the Production of a Higgs Boson with at least One Jet

Jeppe R. Andersen, Hitham Hassan+4 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2022

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 2

ひとこと要約

本論文は、ヒッグスボソンと少なくとも1本のジェットを同時に生成する過程における、$"] "\hat{s}/p_\perp^2$のすべての次数の高エネルギー巻き込みを初めて実装した。High Energy Jets (HEJ)フレームワークを用い、トップおよびボトムクォークの有限質量効果を完全に含む。巻き込みはジェットの横運動量および急速度差の分布を顕著に変化させ、スペクトルをより硬くし、大規模な急速度差領域で強い抑制を引き起こす。NLO予測と比較して最大で2倍の差が生じるため、高精度なLHC解析において、巻き込みと有限クォーク質量の重要性が浮き彫りになる。

ABSTRACT

We present all-order predictions for Higgs boson production plus at least one jet which are accurate to leading logarithm in $\hat s/|p_\perp|^2$. Our calculation includes full top and bottom quark mass dependence at all orders in the logarithmic part, and to highest available order in the tree-level matching. The calculation is implemented in the framework of High Energy Jets (HEJ). This is the first cross section calculated with $\log(\hat s)$ resummation and matched to fixed order for a process requiring just one jet, and our results also extend the region of resummation for processes with two jets or more. This is possible because the resummation is performed explicitly in phase space. We compare the results of our new calculation to LHC data and to next-to-leading order predictions and find a numerically significant impact of the logarithmic corrections in the shape of key distributions, which remains after normalisation of the cross section.

研究の動機と目的

• すべての次数の巻き込みフレームワークにおいて未解決であった、インクルーシブなヒッグス+≥1ジェット生成過程への高エネルギー巻き込みの拡張を目的とする。
• すべての次数の対数巻き込みにおいて、ヒッグス-グルーオン結合に完全な有限トップおよびボトムクォーク質量効果を組み込むこと。
• 固定順序予測を超えて、運動量分布に顕著な影響を与える対数補正を考慮することで、LHCラン3の理論的精度を向上させること。
• 8 TeVおよび13 TeVのLHCデータと比較して、横運動量および急速度差のような形状に敏感な観測量を焦点に、予測の妥当性を検証すること。

提案手法

• 計算はHigh Energy Jets (HEJ)フレームワークを用い、$\hat{s}/p_\perp^2$における主要対数の位相空間巻き込みを実行し、正確なゲージ不変性と運動量保存を維持する。
• 新たな要素として、ヒッグスカレントおよび追加グルーオンを含むリパトフ頂点が導出され、マルチレグランド限界における高エネルギー補正の巻き込みを可能にする。
• ヒッグス-グルーオン結合における完全な有限クォーク質量依存性が形式的フレームワークに組み込まれ、重いトップクォーク近似を越える。
• 実験データから導出された再重み付け係数を用いて、予測を次-leading order (NLO)結果とマッチングする。
• モンテカルロ実装により、ジェット多重度や運動量領域にかかわらず柔軟で現実的な予測が可能になる。
• 8 TeVおよび13 TeVのLHCデータとNLO結果との比較により、フレームワークの妥当性が検証される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高エネルギー対数補正（$\hat{s}/p_\perp^2$）は、特に高エネルギーのジェット横運動量および急速度差領域において、ヒッグス+≥1ジェットの分布形状にどのように影響を与えるか？
• RQ2 有限トップおよびボトムクォーク質量は、重いトップクォーク近似と比較して、巻き込み予測にどの程度の修正を加えるか？
• RQ3 HEJフレームワークは、全次数巻き込みと完全な質量依存性を有するインクルーシブ1ジェット過程に成功裏に拡張可能か？
• RQ4 巻き込み予測は、運動量分布および正規化の観点からNLOおよびLHCデータと比較してどの程度の違いを示すか？
• RQ5 巻き込み効果は、二重ジェット急速度差や方位角角度といった観測量にどのような影響を与えるか？

主な発見

• 巻き込みHEJ予測は、NLOと比較して、ヒッグス-グルーオン結合における有限クォーク質量の依存性を強く示しながら、ジェット横運動量スペクトルが著しく硬くなる。
• 最終状態粒子間の急速度差が大きい領域では、HEJ予測はNLOと比較して最大で2倍の抑制を示し、NLOの不確かさ領域の外側に位置する。
• 形状の違いは急速度差を含む分布で最も顕著であり、方位角角度の分布は巻き込み効果に対してあまり敏感でない。
• 巻き込みにトップおよびボトムクォークの完全な質量依存性を組み込むことで、正規化後も顕著な数値的補正が得られる。
• 本研究は、高エネルギー巻き込みが、特に高多重度および高エネルギー最終状態のヒッグス+ジェット過程における高精度予測にとって不可欠であることを示している。
• 本研究は、HEJフレームワークをインクルーシブ1ジェット過程に拡張し、全質量依存性を有する高次多重度計算の基盤を提供する。