[論文レビュー] Jet veto resummation for STXS $H+$1-jet bins at aNNLL$'$+NNLO

Pedro Cal, Matthew A. Lim+3 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2024

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用数 1

ひとこと要約

本稿では、LHCにおけるヒッグスボソンに1本のジェットを発する過程におけるジェットボウト対数の次々に高い対数（NNLL′）の再結合を、次々に高い順（NNLO）QCDとマッチングさせたものである。グローバルおよびソフト・コリネアント寄与をソフト関数から分離する洗練された因子化フレームワークを導入し、未知の高次の項を理論的ノイズパラメータでパラメータ化することで、摂動論的精度を向上させたSTXS H+1-jet サブチャンネルの正確な予測が可能になった。

ABSTRACT

Measurements of Higgs boson processes by the ATLAS and CMS experiments at the LHC use Simplified Template Cross Sections (STXS) as a common framework for the combination of measurements in different decay channels and their further interpretation, e.g. to measure Higgs couplings. The different Higgs production processes are measured in predefined kinematic regions -- the STXS bins -- requiring precise theory predictions for each individual bin. In gluon-fusion Higgs production a main division is into 0-jet, 1-jet, and $\geq 2$-jet bins, which are further subdivided in bins of the Higgs transverse momentum $p_T^H$. Requiring a fixed number of jets induces logarithms $\ln p_T^{\mathrm{cut}}/Q$ in the cross section where $p_T^{\mathrm{cut}}$ is the jet-$p_T$ threshold and $Q\sim p_T^H\sim m_H$ the hard-interaction scale. These jet-veto logarithms can be resummed to all orders in perturbation theory to achieve the highest possible perturbative precision. We provide state-of-the art predictions for the $p_T^H$ spectrum in exclusive $H+$1-jet production and the corresponding $H+$1-jet STXS bins in the kinematic regime $p_T^{\mathrm{cut}} \ll p_T^H\sim m_H$. We carry out the resummation at NNLL$'$ accuracy, using theory nuisance parameters to account for the few unknown ingredients at this order, and match to full NNLO. We revisit the jet-veto factorization for this process and find that it requires refactorizing the total soft function into a global and soft-collinear contribution in order to fully account for logarithms of the signal jet radius. The leading nonglobal logarithms are also included, though they are numerically small for the region of phenomenological interest.

研究の動機と目的

• LHCにおける排他的なH+1-jet生成におけるヒッグスの横運動量スペクトルの最新理論的予測を提供すること。
• STXS H+1-jet サブチャンネルにおけるジェットボウト対数再結合を NLL′ から NNLL′ に拡張し、従来の NLL′ 結果に比べて摂動論的精度を向上させること。
• 従来の因子化で無視されていた、ソフト関数におけるジェット半径およびクラスタリング効果に起因する対数の増幅を扱う課題に取り組むこと。
• 非グローバル対数を組み込み、ソフト関数をグローバルおよびソフト・コリネアント成分に再因子化することで、対数構造を完全に捉えること。
• NNLL′ における未知の高次の摂動論的項を補償するため、プロファイルスケールの変動と理論的ノイズパラメータ（TNPs）を用いて不確実性を評価すること。

提案手法

• 信号ジェット半径に起因する対数を考慮するため、全ソフト関数をグローバルおよびソフト・コリネアント成分に再因子化する。これは、pcut_T ≪ pT^H ∼ mH の運動量領域で特に重要である。
• ハード関数、ビーム関数、ジェット関数、ソフト関数の正規化群の進化と整合性関係から導かれる異常次元を用いて、NNLL′ 準拠の再結合を実装する。
• 遷移スケールで整合性を保つように、マッチング手順を用いて再結合断面積を固定順NNLO計算とマッチングする。
• 代表的な物理的領域では数値的に小さいが、ソフト関数に一次の非グローバル対数を含める。
• NNLL′ における未知の高次の摂動論的項を補償するため、理論的ノイズパラメータ（TNPs）を用い、追加の不確実性要因として扱う。
• 1ループにおけるソフト関数および異常次元の解析的・数値的チェックにより、断面積の特異構造を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 信号ジェット半径およびクラスタリング効果を考慮した場合、H+1-jet生成におけるジェットボウト対数をどのように NNLL′ 準拠で再結合できるか？
• RQ2 ソフト関数をグローバルおよびソフト・コリネアント成分に分離することで、再結合の精度および物理的予測にどのような影響を与えるか？
• RQ3 非グローバル対数はSTXSの運動量領域におけるH+1-jet断面積にどのように影響を与え、再結合に信頼性を持って組み込めるか？
• RQ4 aNNLL′+NNLO における摂動論的不確実性は、NLL′+NLO や純粋な NNLO に比べてどの程度低減できるか？
• RQ5 理論的ノイズパラメータ（TNPs）は、NNLL′ 再結合における高次項補正の欠落に起因する不確実性をどのように評価するか？

主な発見

• 本稿では、信号ジェット半径に起因する対数の増幅を捉えるために不可欠な、グローバルおよびソフト・コリネアント寄与を分離する洗練されたソフト関数因子化を導出した。
• aNNLL′+NNLO の再結合は、未知の項をTNPsでパラメータ化しても、NLL′+NLO や純粋な NNLO に比べて摂動論的不確実性を顕著に低減した。
• 非グローバル対数は再結合に組み込まれたが、物理的関心領域（pcut_T ≪ pT^H ∼ mH）では数値的に小さいことが判明した。
• 1ループにおけるソフト関数は解析的に計算され、ジェット半径 RJ、ジェットラピディティ yJ、およびジェットpT閾値 pcut_T に明示的な依存性を示した。
• ソフト関数には RJ のべき乗補正項（例：−4 ln²RJ、8 ln(μ / pcut_T) ln RJ）が含まれており、遮断された位相空間の正確な記述に不可欠である。
• プロファイルスケールの変動と理論的ノイズパラメータ（TNPs）を用いて不確実性を推定し、後者によりNNLL′における高次摂動論的補正の欠落に起因する不確実性を補償した。