[論文レビュー] Precision Calculations for Associated WH and ZH Production at Hadron Colliders

Oliver Brein, M. Ciccolini+4 more|ArXiv.org|Jan 31, 2004

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用数 9

ひとこと要約

本稿では、次々に次に高い順序（NNLO）QCD補正と電弱的O(α)補正を組み合わせることで、ハドロン衝突装置における関連的WHおよびZH生成について、最先端の理論的予測を提示する。これらの高次の補正を組み込むことで、理論的不確かさはスケール依存性から約3%、部分子分布関数（PDF）から約5%にまで低減され、テバトロンおよびLHCにおけるヒッグス粒子の微分断面積測定の精度が著しく向上する。

ABSTRACT

Recently the next-to-next-to-leading order QCD corrections and the electroweak O(alpha) corrections to the Higgs-strahlung processes ppbar/pp -> WH/ZH + X have been calculated. Both types of corrections are of the order of 5-10%. In this article the various corrections are briefly discussed and combined into state-of-the-art predictions for the cross sections. The theoretical uncertainties from renormalization/factorization scales and from the parton distribution functions are discussed.

研究の動機と目的

• ハドロン衝突装置におけるWまたはZボソンと関連して生成するヒッグス粒子の理論的精度を、高次の量子補正を組み込むことで向上させること。
• 次々に次に高い順序（NNLO）QCD補正と電弱的O(α)補正がWHおよびZH生成断面積に与える影響を定量化すること。
• 規約化/因子化スケールの変動および部分子分布関数（PDF）のパラメータ化に起因する理論的不確かさを評価すること。
• 理論的不確かさを低減させることで、テバトロンおよびLHCにおける理論と実験的測定の間のより正確な比較を可能にすること。

提案手法

• Drell-Yan型過程からのNNLO QCD補正と、1ループにおけるグルーオン融合による$gg \to ZH$寄与を組み合わせ、Ref. [10]の更新結果および再計算された$gg \to ZH$振幅を用いる。
• G_\muおよび\alpha(M_Z^2)のスケームから導かれる電弱的\mathcal{O}(\alpha)補正を組み込み、これらは–5%から–10%の負の補正をもたらす。
• K要因を用いて高次の補正を定量化し、これは高次の断面積とLO断面積の比として定義され、スケールは\mu_R = \mu_F = M_{VH}に設定される。
• 複数のPDFセット（CTEQ6, MRST2001）およびそれらの固有ベクトルに基づく誤差パッケージを用いて、断面積予測におけるPDF不確かさを推定する。
• スケール依存性を評価するため、\mu_Rおよび\mu_Fを\frac{1}{3}M_{VH} \leq \mu_{R,F} \leq 3M_{VH}の範囲で変化させ、一方のスケールをM_{VH}に固定する。
• ヒッグス粒子の質量および加速器エネルギー（テバトロン\sqrt{s} = 1.96 TeV、LHC\sqrt{s} = 14 TeV）の違いに応じて結果を比較し、質量およびエネルギー依存性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ハドロン衝突装置におけるWHおよびZH生成断面積に、NNLO QCD補正と電弱的\mathcal{O}(\alpha)補正が及ぼす統合的効果は何か？
• RQ2 NNLOおよび電弱補正を組み込んだ後、スケール変動およびPDFパラメータ化に起因する理論的不確かさは、どのように比較されるか？
• RQ3 gg \to ZHチャネルは、全Z反応断面積にどの程度寄与するか？また、テバトロンとLHCとの間にどのような差異があるか？
• RQ4 QCD補正のK要因はLOからNLO、さらにNNLOに至る過程でどのように変化するか？また、断面積予測に与える影響は何か？
• RQ5 CTEQ6およびMRST2001などの異なるPDFセットを用いた場合、WHおよびZH生成の予測はどの程度頑健であるか？

主な発見

• NNLO QCD補正により、WHおよびZH生成断面積は約5–10%増加し、LHCではグルーオンのフラクタル密度が大きいことから、gg \to ZH寄与が最大10%まで寄与する。
• 電弱的\mathcal{O}(\alpha)補正は負であり、G_\muから導かれる場合–5%、\alpha(M_Z^2)から導かれる場合–10%に達し、理論的精度の著しい向上が得られる。
• 断面積のスケール依存性は、LHCではNNLOで3%（Tevatronでは2%）にまで低減され、LOでは20%（Tevatronでは10%）であったのと比較して、安定性が著しく向上している。
• CTEQ6とMRST2001のPDFセットを比較することで推定した、断面積予測におけるPDF不確かさは、テバトロンおよびLHCの両方で5%未満である。
• \alpha_sの変動（\alpha_s(M_Z^2) = 0.119 \pm 0.02）に起因する感度は2%未満であり、この不確かさの源は二次的であることが示された。
• Drell-Yan W/Z生成断面積に対する関連的ヒッグス生成断面積の比を、実験的解析における理論的不確かさを低減するための頑健な観測量として提案する。