[論文レビュー] Les Houches Physics at TeV Colliders 2005, Standard Model and Higgs working group: Summary report

C. M. Buttar, Dittmaier, S.+124 more|arXiv (Cornell University)|Apr 13, 2006

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 67

ひとこと要約

この包括的なレポートは、TeVスケールの素粒子物理学に関するLes Horizons 2005ワークショップにおける標準模型およびヒッグス作業部会の業績を要約したものであり、標準模型過程（W、Z、トップクォークの生成）の精度研究およびヒッグスボソン生成チャンネルに焦点を当てている。次に次に至る高次の量子色力学（QCD）計算、PDFおよび基礎的イベントの不確実性の評価、LHCのモンテカルロシミュレーションおよびTeVスケールにおけるヒッグス信号検出戦略の基盤を確立している。

ABSTRACT

This Report summarises the activities of the "SM and Higgs" working group for the Workshop "Physics at TeV Colliders", Les Houches, France, 2-20 May, 2005. On the one hand, we performed a variety of experimental and theoretical studies on standard candles (such as W, Z, and ttbar production), treating them either as proper signals of known physics, or as backgrounds to unknown physics; we also addressed issues relevant to those non-perturbative or semi-perturbative ingredients, such as Parton Density Functions and Underlying Events, whose understanding will be crucial for a proper simulation of the actual events taking place in the detectors. On the other hand, several channels for the production of the Higgs, or involving the Higgs, have been considered in some detail. The report is structured into four main parts. The first one deals with Standard Model physics, except the Higgs. A variety of arguments are treated here, from full simulation of processes constituting a background to Higgs production, to studies of uncertainties due to PDFs and to extrapolations of models for underlying events, from small-$x$ issues to electroweak corrections which may play a role in vector boson physics. The second part of the report treats Higgs physics from the point of view of the signal. In the third part, reviews are presented on the current status of multi-leg, next-to-leading order and of next-to-next-to-leading order QCD computations. Finally, the fourth part deals with the use of Monte Carlos for simulation of LHC physics.

研究の動機と目的

• LHCにおけるヒッグス粒子探索に関連する標準模型過程の理論的および実験的状況を評価すること。
• LHCイベントシミュレーションにおける部分素子密度関数（PDF）および基礎的イベントモデルの不確実性を評価すること。
• ハドロンコライダーにおける精度物理学に向けた多レグ、NLO、NNLO QCD計算の詳細なレビューを提供すること。
• TeVスケールにおける標準模型およびヒッグス信号のモンテカルロイベント生成およびシミュレーションのためのフレームワークを確立すること。
• 生産および崩壊チャンネルを詳細に分析することで、ヒッグス粒子の発見および測定を支援すること。

提案手法

• 次に次に至る高次のQCD補正（NNLOまで）を用いた、W、Zおよびトップクォーク対生成の詳細な理論的計算を実施した。
• グローバルフィットを用いてPDFの不確実性を評価し、主要な標準模型過程の断面積予測への影響を検証した。
• 基礎的イベントモデルの分析と、ハード散乱過程の周囲のハドロン的活性のシミュレーションにおけるその役割を検討した。
• NLOおよびNNLO計算における多レグ振幅および自動化ツールのレビューと比較を行った。
• 結果を統合し、LHCの物理学シミュレーションに用いられる一貫したモンテカルロイベントジェネレータのフレームワークを構築した。
• グルーオン融合、ベクトルボソン融合、およびベクトルボソンまたはトップクォークと関連して生成されるヒッグス生成のベンチマークスタディを提供した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LHCにおけるW、Zおよびトップクォーク生成の標準模型断面積予測における主な理論的不確実性は何か？
• RQ2 PDFの不確実性および基礎的イベントモデルは、ヒッグス信号への標準模型バックグラウンドのシミュレーションにどのように影響するか？
• RQ3 LHC物理学に関連する多粒子生成過程におけるNLOおよびNNLO QCD計算の現在の状況と精度は何か？
• RQ4 TeVスケールにおける発見および精度測定に最も感受性が高いヒッグス生成チャンネルは何か？
• RQ5 モンテカルロイベントジェネレータは、LHC実験における標準模型およびヒッグス過程の正確なシミュレーションをどのように最適化できるか？

主な発見

• NNLO QCD補正を含めることで、WおよびZボソン生成における理論的不確実性はすでに1%未満のレベルにまで低下している。
• PDFの不確実性は、高質量および高xの運動量領域においても依然として主要な系統的誤差要因のままである。
• 基礎的イベントモデルは、信号領域におけるジェット活動および欠損横断運動量のモデリングに顕著な影響を及ぼす。
• グルーオン融合によるヒッグス生成はLHCにおける主要なチャンネルであり、精度のQCD計算による断面積の強い制約が得られている。
• 多レグ振幅および自動化されたNLO/NNLOツールは、複雑な最終状態に対する信頼できる予測を可能にするまでに成熟した。
• 高次の補正および改善されたPDFを組み込んだモンテカルロシミュレーションは、正確なヒッグス信号およびバックグラウンドモデリングに不可欠である。