[論文レビュー] HIGLU: A Program for the Calculation of the Total Higgs Production Cross Section at Hadron Colliders via Gluon Fusion including QCD Corrections

M. Spira|ArXiv.org|Oct 19, 1995

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 124

ひとこと要約

HIGLU は、標準模型およびその最小超対称拡張（MSSM）における CP 偶性および CP 奇性のヒッグスボソンについて、ハドロン衝突装置におけるグルーオン融合による全ヒッグスボソン生成断面積を、次-leading-order（NLO）QCD補正を含めて計算する FORTRAN プログラムである。このプログラムは、パートンのフラクタル関数と VEGAS を用いた数値積分法により、全断面積および微分断面積を計算し、結果として QCD 補正が LO（Leading Order）と比較して断面積を最大で2倍に増幅することが示された。

ABSTRACT

A program for the calculation of the total Higgs production cross section via gluon fusion at hadron colliders including next--to--leading order QCD corrections is presented. It is suitable especially for Standard Model Higgs bosons and the neutral Higgs particles of the minimal supersymmetric extension. The program provides a model--independent calculation for scalar [\CP--even] as well as pseudoscalar [\CP--odd] Higgs bosons including the contributions of virtual top and bottom quarks inside the loop coupled to the Higgs particles. The relevant input parameters can be chosen from an input file. As a special case the minimal supersymmetric extension of the Standard Model can be investigated. The corresponding couplings are implemented including the leading higher order corrections.

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生成断面積のモデルに依存しない計算を提供すること。
• 標準模型およびその最小超対称拡張（MSSM）におけるヒッグスボソン生成の正確な理論的予測を可能にすること。
• QCD 補正を含めたヒッグスボソンのグルーオンへの結合の解析を支援するため、生成断面積およびグルーオンへの崩壊幅を計算すること。
• 入力ファイルにより質量、結合定数、および規約化スケールなどの入力パラメータを自由に調整可能な柔軟でユーザーがカスタマイズ可能なプログラムを提供すること。
• 複数の運動量チャネルにおけるパートンレベル断面積の正確な数値積分を VEGAS アルゴリズムを用いて実現すること。

提案手法

• プログラムは、全断面積を LO と NLO QCD 補正の和として計算する：σ = σ_LO + Δσ_virt + Δσ_gg + Δσ_gq + Δσ_qq。
• パートンのフラクタル関数 dL^gg/dτ を用いて部分的断面積と畳み込みを行い、VEGAS アルゴリズムを用いて運動量分率の積分を実行する。
• ヒッグスボソンとグルーオンの結合は、トップおよびボトムクォークのループを介して計算され、A^H_Q(τ_Q) および A^A_Q(τ_Q) のアモジュードが τ_Q = 4m_Q²/m_Φ² に依存する。
• 仮想補正および実補正は、参考文献 [3,4] の解析的結果を用い、赤外および衝突特異性は次元正則化により扱う。
• 複数のモデルをサポートする：標準模型、MSSM（1 または 2 ループ補正付き）、およびヤコバ係数を調整することで得られる一般のヒッグス模型。
• 入力パラメータ（ヒッグスボソン質量、クォーク質量、結合定数、規約化スケールおよび因子分解スケール、α_s など）は入力ファイルで指定され、出力はファイルユニット 99 に出力される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 次-leading-order QCD 補正は、標準模型におけるグルーオン融合によるヒッグスボソン生成断面積にどのように影響を与えるか？
• RQ2 QCD 補正は、LO 予測と比較してヒッグス生成断面積をどの程度増幅するか？
• RQ3 HIGLU プログラムは、NLO QCD 補正を含めたグルーオンへのヒッグスボソン崩壊幅をどの程度正確に計算できるか？
• RQ4 規約化スケールおよび因子分解スケールを変化させた場合、予測された断面積および崩壊幅にどのような影響が生じるか？
• RQ5 このプログラムは、CP 偶性および CP 奇性ヒッグス状態とそのループ誘導結合を含む MSSM ヒッグス系の複雑さをどのように処理するか？

主な発見

• 次-leading-order QCD 補正は、グルーオン融合によるヒッグス生成断面積を LO と比較して最大で2倍に増幅する。
• 標準模型における 200 GeV のヒッグスボソンについて、√s = 14 TeV における全 NLO 断面積は 14.4107 ± 0.0047 pb である。
• 仮想補正 Δσ_virt は 3.45509 pb、実補正 Δσ_gg は 4.78077 pb を寄与し、実グルーオンの放出による寄与が顕著であることが示された。
• MSSM における 500 GeV ヒッグスボソンのグルーオンへの崩壊幅は Γ_NLO = 13.9932 ± 0.0297 MeV と計算され、LO と比較して NLO 補正係数は約 1.53 であった。
• このプログラムは、生成および崩壊過程の既知の解析的結果を正確に再現しており、複数のプラットフォームおよび積分設定において数値的安定性が確認された。
• ループ誘導ヒッグス-グルーオン結合においてトップおよびボトムクォークの両方のループを含めることで、SM および MSSM の大部分のパラメータ空間に対して優れた近似が得られた。