[論文レビュー] Interim recommendations for the evaluation of Higgs production cross sections and branching ratios at the LHC in the Two-Higgs-Doublet Model

Robert V. Harlander, Margarete Mühlleitner+3 more|arXiv (Cornell University)|Dec 19, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 16被引用数 36

ひとこと要約

本稿は、LHCにおける2HDMにおけるヒッグス粒子生成断面積および分支比を計算するための中間的推奨事項を提供する。これは、高次のQCDおよび電弱補正を用いたものである。SusHi、HIGLU、2HDMC、HDECAYといった公開ツールの使用が検証され、コード間で優れた一致が得られ、SMの振幅を2HDMのカップリングでスケーリングすることで、NNLO QCD補正と組み合わせた場合に正確な結果が得られることを確認した。

ABSTRACT

In this note we give interim recommendations on how to evaluate LHC cross sections for (neutral) Higgs production and Higgs branching ratios in the general (CP-conserving) Two-Higgs-Doublet Model (2HDM). The current status of available higher-order corrections to Higgs production and decay in this model is discussed, and the existing public codes implementing these calculations are described. Numerical results are presented for a set of reference scenarios, demonstrating the very good agreement between the results obtained using different programs.

研究の動機と目的

• LHCにおける2HDMにおけるヒッグス生成断面積および分支比を計算するためのベストプラクティス手法を確立すること。
• 2HDMにおけるヒッグス生成および崩壊の高次のQCDおよび電弱補正の現状を評価すること。
• 利用可能な理論的計算に基づき、2HDMにおける観測量の数値評価に信頼できる公開ツールを推奨すること。
• 異なる計算フレームワーク間での結果の一貫性と正確性を検証すること。

提案手法

• 2HDMのヤクバイカップリング（gt, gb）でSMのグルーオン融合振幅をスケーリングし、2HDMにおける断面積を計算すること。
• 重いトップクォーク近似において、スケーリングされたトップクォークループ寄与にNNLO QCD補正を適用し、ボトムクォークループ寄与は別個のスケーリングにより補正すること。
• 関連するb-bbar-phi生成に対して5フレーバー方式を用い、サンタンデール法によるマッチングを実施すること。
• 公開ツールの使用：包括的断面積にはSusHiおよびHIGLU、分支比および崩壊幅には2HDMCおよびHDECAYを用いること。
• ベンチマーク状況における数値出力の比較を通じて、ツール間の結果を検証すること。
• 正確性を確保するため、最新版のツール（SusHi-1.1.1、HIGLU-4.00、2HDMC-1.6.2、HDECAY-6.00）を用いること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2HDMにおけるヒッグス生成断面積は、2HDMのヤクバイカップリングでSM振幅をスケーリングすることで信頼性高く予測可能か？
• RQ2 2HDMにおけるヒッグス生成および崩壊の現在の高次のQCDおよび電弱補正の正確さはいかほどか？
• RQ3 SusHi、HIGLU、2HDMC、HDECAYといった異なる公開ツール間で、2HDM観測量の数値結果はどの程度一貫しているか？
• RQ4 グローバルK要因が2HDMでなぜ不適切であり、アモルティスムごとのスケーリングが好ましいのか？
• RQ5 現在の2HDM予測におけるLHCヒッグス物理学の主な理論的制限および未解決問題は何か？

主な発見

• SusHi、HIGLU、2HDMC、HDECAYの数値結果は、大多数の分支比および幅について1%未満の相対差で非常に良好に一致している。
• 参照シナリオCにおける軽いヒッグス粒子（h）について、2HDMCとHDECAYによる全幅は0.25%以内で一致し、比は0.997であった。
• シナリオCにおける中間子的ヒッグス（A）について、2HDMCによる全幅は1.349 GeV、HDECAYによる全幅は1.348 GeVであり、相対差は0.1%であった。
• A→bb̄の分支比は2HDMCで61.17%、HDECAYで61.38%であり、比は0.997で、高い一貫性が確認された。
• h→γγの分支比は2HDMCで1.188×10⁻⁶、HDECAYで1.069×10⁻⁶であり、比は0.898であった。これは入力パラメータの差によるわずかな不一致を反映している。
• 本研究は、グローバルK要因が2HDMでは不適切であり、適切なQCD補正を伴ったアモルティスムごとのスケーリングが正確性のためには不可欠であることを確認した。