[論文レビュー] Theoretical Status of Higgs Production at Hadron Colliders in the SM

Radja Boughezal|ArXiv.org|Aug 25, 2009

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 54被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、標準模型におけるハドロン衝突型加速器におけるヒッグス粒子生成の理論的状態をレビューし、主な生成メカニズム（グルーオン融合、ベクトルボソン融合、ヒッグスストラーレーション、トップクォーク関連生成）とその崩壊モードに焦点を当てる。NNLOおよびNLOの高次のQCDおよび電弱補正を提示し、高次の補正が理論的不確かさを低減し、LHCおよびテバトロンの探索における断面積予測を改善することを示している。

ABSTRACT

We briefly review the current status of theoretical calculations for Higgs production at hadron colliders within the Standard Model. We focus on the main production mechanisms and decay modes at the Tevatron and the LHC.

研究の動機と目的

• ハドロン衝突型加速器におけるヒッグス粒子生成断面積の現在の理論的精度を要約すること。
• グルーオン融合、VBF、WH/ZH、t\bar{t}Hといった主要な生成モードにおける高次のQCDおよび電弱補正の影響を評価すること。
• 理論的予測が実験的探索の最適化およびバックグラウンド不確かさの低減に果たす役割を評価すること。
• 生産チャネル全体にわたり、NLOおよびNNLO QCD補正を組み込むことでスケール依存性がどの程度低減されるかを定量化すること。
• LHCおよびテバトロンにおけるヒッグス発見および結合定数測定のための、より高い精度で更新された断面積予測を提供すること。

提案手法

• ヒッグス生成断面積に対する一次近似（LO）、次次近似（NLO）、および次次次近似（NNLO）のQCD補正の評価。
• WH/ZH生成における電弱補正（O(α)）の組み込みにより、質量およびパラメータ体系に応じて断面積予測が5–10%低下する。
• グルーオン融合およびHjjバックグラウンドの計算において、有効場理論および重いトップクォーク近似の使用。
• 一部子シャワーのシミュレーションおよびジェットタギングカットを用いて、特にVBFおよびt\bar{t}Hチャネルにおいて現実の実験条件をモデル化。
• CDF、D0およびLHCからの実験データと理論的予測を比較し、信号対バックグラウンドの最適化に注目。
• 断面積予測における理論的不確かさを推定するために、スケール変動（μR, μF）を1/3MH < μ < 3MHの範囲で用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LHCにおけるグルーオン融合によるヒッグス生成断面積予測に、NLOおよびNNLO QCD補正がどのように影響するか？
• RQ2 O(α)の電弱補正は、関連生成WH/ZHにどのような影響を及ぼし、全断面積にどのように作用するか？
• RQ3 高次の補正は、ヒッグス信号およびバックグラウンド過程におけるスケール依存性に起因する理論的不確かさをどの程度低減するか？
• RQ4 VBFおよびt\bar{t}Hチャネルにおける選択カットおよびジェットタギングは、主なバックグラウンドをどの程度抑制し、信号の可視性を向上させるか？
• RQ5 QCD補正は、H→bb、H→ττ、およびH→WW/ZZ崩壊モードにどのように寄与するか？また、それらは分岐比測定にどのように影響するか？

主な発見

• NNLO QCD補正により、WH生成断面積の理論的不確かさはLO時の10%から2%に低下する。
• O(α)の電弱補正により、WH断面積はヒッグス質量および入力パラメータ体系に応じて5–10%低下する。
• H→bb崩壊に対するQCD補正は、O(αs⁴)で一次近似幅を25%増加させ、混合QCD-電弱補正は−0.24%の寄与を示す。
• t\bar{t}H生成に対するNLO QCD補正は、中央スケールで信号断面積をほぼ20%増加させるが、t\bar{t}b\bar{b}バックグラウンドはK要因1.8で増幅される。
• VBF過程はグルーオン融合Hjjからの大きなバックグラウンドを抱えるが、VBF特有のジェットカットが効果的にこれを抑制する。
• H→WW→lνlνに対して、NLO QCD補正は部分幅を3.8%（半レプトン的）および7.6%（ハドロン的）増加させるが、実験的カットによりその影響は軽減される。