[論文レビュー] MATCHIG: A program for matching charged Higgs boson production at hadron colliders

Johan Alwall|ArXiv.org|Mar 14, 2005

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 5被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、ハドロン衝突器における電荷付きヒッグスボソン生成のための $2\to2$ $gb\to tH^{\pm}$ および $2\to3$ $gg\to tbH^{\pm}$ プロセス間のマッチングスキームを実装したモンテカルロイベントジェネレータ、MATCHIG を提案する。グルーオンの $b\bar{b}$ 分裂の臨界近似から導かれる二重カウント項を差し引くことで、付随する $b$ クォークの横運動量が小さい領域での重複カウントを除去し、全 $p_{\perp,b}$ 範囲にわたる微分断面積の正確な評価を可能にする。

ABSTRACT

This manual describes how to use the MatCHig code for matching the charged Higgs boson production processes gg->tbH+/- and gb->tH+/-. A negative term, correcting for the double-counting between these processes, is implemented as an external process to PYTHIA, allowing the Monte Carlo generation of matched events. Results from the matching were published in JHEP 0412, 050. The code can be downloaded from http://www.isv.uu.se/thep/MC/matchig/ .

研究の動機と目的

• ハドロン衝突器における電荷付きヒッグスボソン生成の $2\to2$ $gb\to tH^{\pm}$ および $2\to3$ $gg\to tbH^{\pm}$ プロセス間の二重カウント問題を解決すること。
• 付随する $b$ クォークの横運動量が小さい領域における電荷付きヒッグス生成の微分断面積の精度を向上させること。
• Pythiaの外部プロセスインターフェースを用いて、部分子行列要素と部分子スプライニングの間で一貫したマッチングスキームを実装すること。
• MSSM などのモデルにおける高精度な電荷付きヒッグス生成シミュレーションのためのツールを提供し、実験的シグネチャの予測を改善すること。
• 臨界近似における過剰なカウントを是正する負の二重カウント項を組み込むことで、信頼性の高いイベント生成を保証すること。

提案手法

• 二重カウント項 $\sigma_{\mathrm{DC}}$ は、グルーオンの $b$ クォーク密度のLO寄与項、$g\to b\bar{b}$ 分裂に由来し、$2\to2$ プロセスの臨界寄与に一致する。
• 二重カウント項は、行列要素 $\mathcal{M}_{2\to2}$、部分子分布関数、および分割関数 $P_{qg}(z)$ を用いて計算され、有限な $m_b$ および $\hat{s}$ による運動量的制約を含む。
• Les Houches インターフェースを介して、プロセスID LPRUP(1)=10000 および KFPR(MSTI(1),2) を用いたイベント識別により、Pythia の外部プロセスとして実装されている。
• この方法は、$\sigma = \sigma_{2\to2} + \sigma_{2\to3} - \sigma_{\mathrm{DC}}$ の減算スキームを用いており、低 $p_{\perp,b}$ における二重カウントを回避する。
• 部分子レベルの比較のため、オンシェル部分子スプライニング (MSTP(63)=0) をサポートしており、一貫性のあるスケール選択のため、推奨設定 MSTP(32)=12 および MSTP(39)=8 が用いられる。
• 因子化および摂動的スケールは PARP(193) および PARP(194) で設定され、$\mu_F \approx 0.5(m_{H^\pm} + m_t)/2$ が精度の観点で推奨される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 付随する $b$ クォークの横運動量が小さい領域における、電荷付きヒッグスボソンの $2\to2$ および $2\to3$ 生成プロセスを、二重カウントを回避する形で一貫してマッチングする方法は何か？
• RQ2 臨界近似によるグルーオンの $b\bar{b}$ 分裂が $2\to2$ プロセスに与える二重カウント項の正しい解析的形は何か？
• RQ3 外部プロセスおよび Les Houches インターフェースを用いて、Pythia モンテカルロフレームワーク内にマッチングスキームを実装する方法は何か？
• RQ4 微分断面積の最も正確な評価を得るための最適なスケール選択（因子化および摂動的スケール）は何か？
• RQ5 適切なマッチングを施した $2\to3$ プロセスを組み込むことで、$2\to2$ プロセスのみを用いる場合と比較して、$p_{\perp,b}$ が小さい領域における微分断面積が改善されるか？

主な発見

• 二重カウント項 $\sigma_{\mathrm{DC}}$ は、$g\to b\bar{b}$ 分裂に起因する $b$ クォーク密度のLO寄与項として解析的に導出されており、$2\to3$ 行列要素と整合性を持つ。
• 高 $p_{\perp,b}$ における $2\to3$ プロセスのみの使用は、$p_{\perp,b} \lesssim 100\,\mathrm{GeV}$ の領域で微分断面積を過小評価するため、$2\to2$ プロセスとのマッチングが不可欠である。
• Pythia の外部プロセスインターフェースを通じた二重カウント項の実装により、正しい干渉キャンセレーションを伴うマッチドイベント生成が可能になった。
• 推奨設定 MSTP(32)=12 および MSTP(39)=8、加えて PARP(193) および PARP(194) を用いることで、因子化および摂動的スケールの一貫性が確保され、$\mu_F \approx 0.5(m_{H^\pm} + m_t)/2$ が最適であることが判明した。
• オンシェル部分子スプライニング (MSTP(63)=0) は、部分子レベルの比較において必要不可欠であるが、ジェットレベルの解析では顕著な差は期待されない。
• コードは、$gb\to tH^{\pm}$ (ISUB=161) と $gg\to tbH^{\pm}$ (ISUB=401) を負の二重カウント項と組み合わせることで、正しい全断面積を保証するマッチドイベントを正常に生成している。