[論文レビュー] Two-loop electroweak corrections to Higgs production in proton-proton collisions

U. Aglietti, Roberto Bonciani+2 more|ArXiv.org|Oct 3, 2006

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 32

ひとこと要約

この論文は、LHCにおける陽子-陽子衝突におけるグルーオン融合によるヒッグス粒子生成における二ループ電弱補正を計算している。これらの補正は、ヒッグス粒子質量が160 GeV未満の場合、全断面積を4–8%増加させ、これは現在のQCD不確実性と同等またはそれ以上であり、精度の高いヒッグス断面積予測のための単純なスケーリング係数を提案している。

ABSTRACT

We study the impact of the two-loop electroweak corrections on the production of a Higgs boson via gluon-fusion in proton-proton collisions at LHC energies. We discuss the prescritpion to include the corrections to the hard scattering matrix element in the calculation of the hadronic cross-section sigma (p+p o H+X). Under the hypothesis of factorization of the electroweak corrections with respect to the dominant soft and collinear QCD radiation, we observe an increase of the total cross-section from 4 to 8 %, for MH <=160 GeV. This increase is comparable with the present QCD uncertainties originating from hard scattering matrix elements.

研究の動機と目的

• LHCエネルギー下での陽子-陽子衝突におけるグルーオン融合によるヒッグス粒子生成に対する二ループ電弱補正を計算すること。
• これらの補正がハドロン的断面積 σ(p+p→H+X) に与える影響を、既存のQCD不確実性の文脈で評価すること。
• これらの補正を精度の高いヒッグス断面積計算に実装するための実用的な手法を提供すること。
• 二ループ電弱補正の相対的大きさを、NNLO QCDおよびソフトグルーオンの再結合不確実性と比較すること。
• 素粒子物理学的解析に用いるために、ヒッグス粒子質量の関数としての電弱補正係数のフィット式を導出すること。

提案手法

• 電弱補正を支配的なソフトおよび衝突的QCD放射と分離するための因子化規定を用いる。
• 一般化された調和多ログリズム（GHPLs）を用いて二ループ電弱振幅を計算し、複数の独立した手法による数値評価を可能にする。
• 軽いフェルミオンおよびトップクォークの寄与について、m_H²/(4m_W²) におけるテイラー展開により、以前の解析的結果からNLO電弱補正を導出する。
• 修正された部分的断面積と陽子の一部粒子分布関数（PDFs）との畳み込みによりハドロン的断面積を計算する。
• 補正は、NNLO-QCD断面積に乗算されるスケーリング係数として実装され、スケールは μ = m_H に設定される。
• GHPLsの直接積分、級数展開、微分方程式の解法による数値結果の一致を通じて、結果の妥当性を検証する。

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に対する二ループ電弱補正の大きさと質量依存性は何か？
• RQ2 これらの電弱補正は、NNLO QCDおよびソフトグルーオン再結合を経た不確実性と比べてどの程度の大きさか？
• RQ3 NLO電弱補正は、単純なスケーリング係数を用いて、ハドロン的断面積計算に信頼性を持って組み込むことができるか？
• RQ4 ヒッグス質量範囲にわたって、軽いフェルミオンとトップクォークの寄与はそれぞれどのように寄与しているか？
• RQ5 二ループ電弱補正の組み込みは、ヒッグス生成断面積予測の全体的な理論的不確実性にどのように影響するか？

主な発見

• 二ループ電弱補正は、ヒッグス粒子質量が160 GeV未満の場合、グルーオン融合によるヒッグス生成断面積を4–8%増加させる。
• この補正の大きさは、現在のNNLO QCD補正による理論的不確実性（NLOでは約30%、NNLOでは10%未満に低下）と同等である。
• m_H > 160 GeV の場合、補正は約2%に減少し、最終的に負の値をとり、200 GeVで -0.3% に達する。
• 軽いフェルミオンの寄与が補正を支配しており、中間質量領域（114–2m_W）では4–9%を占めるが、トップクォークの寄与は小さく、符号は逆である。
• 114 GeV ≤ m_H ≤ 155 GeV の範囲では、補正係数 δ_EW(m_H) は二次式で精度よくフィットでき、158 GeVで最大7.7%を示す。
• ハドロン的断面積における主な不確実性の原因は、電弱補正自体ではなく、陽子の部分粒子分布関数（PDFs）である。