[論文レビュー] Soft gluon resummation at fixed invariant mass for associated $t\bar{t}H$ production at the LHC

Anna Kulesza, Leszek Motyka+2 more|arXiv (Cornell University)|Sep 6, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 9被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、LHCにおけるトップクォーク対ヒッグスボソン関連生成（$pp \to t\bar{t}H$）における次-leading-logarithmic (NLL) ソフトグルーオンのMellinモーメント空間への再結合を、インバリアント質量閾値限界に焦点を当てて提示する。NLO予測と比較して理論的不確実性を20–30%低減し、特に$\mathcal{O}(\alpha_s)$の非対数補正を含めた場合、微分断面積の安定性が向上する。

ABSTRACT

In the following we present our results on resummation of invariant mass threshold corrections for the $2 o 3$ type hadronic production processes in the Mellin moment space formalism. This method is applied to the associated Higgs boson production process $pp o t \bar{t} H$ at the LHC. The results for the total cross section, the differential distribution with respect to the invariant mass and their uncertainties are presented.

研究の動機と目的

• LHCにおける$pp \to t\bar{t}H$生成の理論的精度を、インバリアント質量閾値限界におけるソフトグルーオン補正の再結合によって向上させること。
• NLO精度を超えて、全断面積および微分断面積におけるスケール不確実性を低減すること。
• 質量のある最終状態粒子と複雑な色構造を有する$2\to3$過程にまで、Mellin空間再結合形式主義を拡張すること。
• 非対数的$\mathcal{O}(\alpha_s)$補正が再結合予測に与える影響を評価すること。
• スケール依存性およびK要因の観点から、インバリアント質量閾値再結合と絶対的閾値再結合を比較すること。

提案手法

• 質量のある色荷を持つ粒子を含む$2\to3$過程に対して、Mellinモーメント空間形式を用いてソフトグルーオン補正をNLL精度まで再結合する。
• $t\bar{t}H$生成における非自明な色フローを扱うために、色空間基底を用い、$q\bar{q}$、$gg$、$qg$初期状態を含む。
• インバリアント質量限界における非対角色構造に対して、完全な運動量依存性を有する1ループソフト異常次元行列を計算する。
• 係数$C^{(1)}_{ij\to t\bar{t}H}$を用いて$\mathcal{O}(\alpha_s)$の非対数補正を含め、純対数再結合を超える精度を向上させる。
• スケール変動を伴うMellin空間における再結合断面積式$\frac{d\hat{\sigma}^{\rm (res)}}{dQ^2} = \sum_{I,J} H_{IJ} \tilde{S}_{JI} \Delta^{i}_{N+1} \Delta^{j}_{N+1}$を適用する。
• 理論的不確実性を推定し、NLO結果と比較するために7点スケール変動法を用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LHCにおける$pp \to t\bar{t}H$生成において、インバリアント質量閾値限界におけるソフトグルーオン補正は、全断面積にどのように影響を与えるか？
• RQ2 NLLソフトグルーオン再結合は、NLO予測と比較してスケール不確実性をどの程度低減するか？
• RQ3 非対数的$\mathcal{O}(\alpha_s)$補正は、再結合断面積にどのような影響を与えるか？
• RQ4 インバリアント質量閾値再結合は、絶対的閾値再結合と比較して、安定性およびK要因の観点でどのように異なるか？
• RQ5 質量のある最終状態を有する$2\to3$過程において、色構造およびソフト異常次元行列は果たす役割は何か？

主な発見

• 14 TeVでの$pp \to t\bar{t}H$のNLO+NLL予測は$619_{-2.4\%}^{+5.2\%}$ fbであり、$C^{(1)}_{ij\to t\bar{t}H}$係数を含めた場合にK要因が1.01に達する。
• 7点法により、スケール不確実性はNLOと比較して約20–30%低減され、14 TeVでの負の誤差は$\pm6.4\%$、正の誤差は$+5.2\%$となる。
• $C^{(1)}_{ij\to t\bar{t}H}$係数の導入は、高スケールにおける対数補正のみよりも大きな影響を示し、非閾値領域の重要性を示唆する。
• 中央スケールにおけるインバリアント質量分布は、高次のソフトグルーオン補正に対しても安定しており、不確実性帯に最小限の歪みが生じる。
• 絶対的閾値再結合と比較して、インバリアント質量再結合はより小さいK要因とより大きな不確実性低減をもたらす。
• NLOからNLO+NLLに至る全断面積は、NLOで再結合が行われない$qg$チャンネルの寄与によりわずかに増加する。