[論文レビュー] HNNLO: a Monte Carlo program to compute Higgs boson production at hadron colliders

Stefano Catani, Massimiliano Grazzini|arXiv (Cornell University)|Feb 11, 2008

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 4被引用数 9

ひとこと要約

HNNLO は、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粒子生成を、量子色力学（QCD）の次々次の項（NNLO）まで計算するモンテカルロプログラムである。H→γγ、H→WW→lνlν、H→ZZ→4レプトンの崩壊モードを含み、最終状態粒子に対する任意の運動量的カットをサポートしており、LHCの素粒子物理学における高精度な理論予測を可能にする。

ABSTRACT

We consider Higgs boson production through gluon--gluon fusion in hadron collisions. We present a numerical program that computes the cross section up to NNLO in QCD perturbation theory. The program includes the decay modes H->gamma-gamma, H->WW->lnulnu, H->ZZ->4leptons, and allows the user to apply arbitrary cuts on the momenta of the partons and of the photons or leptons that are produced in the final state.

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粒子生成の高精度な理論的予測を提供すること。
• QCD 計算を次々次の項（NNLO）まで拡張し、精度を向上させること。
• 主要なヒッグス崩壊モード H→γγ、H→WW→lνlν、H→ZZ→4レプトンを含めること。
• 部分粒子および最終状態の光子やレプトンに対するユーザー定義の運動量的カットを可能にし、実験的条件とのリアルな比較を可能にすること。
• モンテカルロ統合手法を用いて、LHC における高精度な素粒子物理学的実験的解析を支援すること。

提案手法

• ハドロン断面積のグルーオン融合によるヒッグス生成を、数値的モンテカルロ統合により計算する。
• NNLO まで拡張したQCD摂動論的理論を適用し、仮想および実際の励起補正を含む。
• 最終状態における H→γγ、H→WW→lνlν、H→ZZ→4レプトンの全崩壊幅情報を組み込む。
• 部分粒子および最終状態粒子の運動量に対するユーザー定義カットを含む、柔軟なフェーズ空間統合を実装する。
• 赤外発散を処理するため、固定順数 QCD アンプルチュードとフェーズ空間スライシングおよび減算法を組み合わせる。
• 特異性を適切に扱い、高次元積分における収束を保証するための数値的安定性技術を用いる。

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粒子生成の正確な NNLO QCD 戦い面積は何か？
• RQ2 異なるヒッグス崩壊モードは、最終状態の運動学的性質および観測可能な戦い面積にどのように影響を与えるか？
• RQ3 数値的精度を保ちながら、どの程度まで任意の運動量的カットを適用できるか？
• RQ4 全崩壊モードの組み込みは、実験データとの比較をどの程度改善するか？
• RQ5 モンテカルロ統合の数値的安定性および収束性は、NNLO においてどのように振る舞うか？

主な発見

• HNNLO プログラムは、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粒子生成について、正確な NNLO QCD 予測を達成している。
• プログラムは、強力な数値的統合技術を用いて、赤外発散および衝突発散を効果的に処理している。
• H→γγ、H→WW→lνlν、H→ZZ→4レプトンの主要なヒッグス崩壊モードが、計算において一貫して組み込まれている。
• 最終状態粒子に対するユーザー定義の運動量的カットが、数値的精度を損なわずにサポートされている。
• LHC の実験的測定と直接比較可能な高精度な理論的予測が、このプログラムによって可能になっている。
• モンテカルロ手法により、高精度ヒッグス物理学における複雑なフェーズ空間構成に対する柔軟性とスケーラビリティが確保されている。