[논문 리뷰] Higgs Boson Production in Association with Bottom Quarks

J. M. Campbell, S. Dawson외 8명|ArXiv.org|2004. 05. 31.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 35

한 줄 요약

이 논문은 테바트론과 LHC에서 보텀 쿼크와 함께 힉스 보손 생성에 대해 다음 주로 순서(NLO) QCD 계산을 제시하며, 네 플레버 수 모형과 다섯 플레버 수 모형을 비교한다. NLO 보정이 이론적 불확실성을 최대 50%까지 감소시키고, 두 모형 간의 일관성을 확인하며, 다섯 플레버 수 모형이 보텀 쿼크 질량 효과에서 유래하는 큰 로그를 더 잘 재결합함을 보여준다.

ABSTRACT

In the Standard Model, the coupling of the Higgs boson to b quarks is weak, leading to small cross sections for producing a Higgs boson in association with b quarks. However, Higgs bosons with enhanced couplings to b quarks, such as occur in supersymmetric models for large values of tan beta, will be copiously produced at both the Tevatron and the LHC in association with b quarks, which will be an important discovery channel. We investigate the connections between the production channels, bg -> bh and gg ->b bbar h, at next-to-leading order (NLO) in perturbative QCD and present results for the cases with two high p_T b jets and with one high p_T b jet at both the Tevatron the the LHC. Finally, the total cross sections without cuts are compared between gg -> b bbar h at NLO and b bbar ->h at NNLO.

연구 동기 및 목표

• 큰 tanβ 조건에서 MSSM에서처럼 보텀-요카와 상호작용이 증폭된 경우를 포함해, 테바트론과 LHC에서 보텀 쿼크와 함께 힉스 보손 생성을 조사하는 것.
• 보텀 쿼크를 포함한 힉스 생성 단면적의 스케일 및 모형 의존성에 기인한 이론적 불확실성을 다루는 것.
• 초기 상태에 명시적인 보텀 쿼크를 포함하는 네 플레버 수 모형과 보텀 파트론 분포 함수를 사용하는 다섯 플레버 수 모형 간의 결과를 비교하여, Higgs + 보텀 제트 최종 상태에 대해 분석하는 것.
• NLO QCD 보정이 한 개 또는 두 개의 고-pT 보텀 제트를 포함하는 힉스 생성 단면적과 포함된 힉스 생성에 미치는 영향을 평가하는 것.
• 보텀 쿼크의 콜라인어 b̄b 분열에서 기인하는 큰 로그 Lb ≡ log(Q²/m²b) 존재 하에 페르투르바티브 QCD 계산의 수렴성과 신뢰성 평가

제안 방법

• 네 플레버 수 모형에서 subprocesses gg → b̄bh 및 gb → bh에 대해 NLO QCD 계산을 수행하며, 보텀 제트에 대해 운동량 및 의사속도도 자르기 조건을 포함한다.
• 다섯 플레버 수 모형을 사용하여 진화된 보텀 파트론 분포 함수를 통해 큰 로그 Lb ≡ log(Q²/m²b)를 재결합하며, 여기서 Q는 보텀 쿼크의 운동량 스케일이다.
• 한 개 또는 두 개의 태깅된 보텀 제트가 있는 Higgs 생성 및 포함된 Higgs 생성에 대해 네 플레버 수 모형과 다섯 플레버 수 모형 간의 결과를 비교한다.
• CTEQ6L1(LO) 및 CTEQ6M(NLO) 파트론 분포 함수를 사용하여 단면적을 평가하며, αs(NLO)(MZ) = 0.118 및 mb(pole) = 4.62 GeV를 사용한다.
• 스케일 의존성을 조사하기 위해 μR = μF를 (2mb + Mh)/8에서 (2mb + Mh)/2 사이로 변화시켜 이론적 불확실성을 추정한다.
• 동일한 힉스 질량 및 스케일 선택 조건을 사용하여, NLO 네 플레버 수 결과와 b̄b → h에 대한 NNLO 다섯 플레버 수 결과를 비교한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 테바트론과 LHC에서 한 개 또는 두 개의 고-pT 보텀 제트를 포함하는 힉스 보손 생성 단면적에 대해 NLO QCD 보정은 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 네 플레버 수 모형과 다섯 플레버 수 모형이 Higgs + 보텀 제트 최종 상태에 대해 일관된 예측을 내놓는 정도는 어떠한가? 두 모형 간의 스케일 의존성은 어떻게 비교되는가?
• RQ3 큰 로그 Lb ≡ log(Q²/m²b)의 재결합이 Higgs + 보텀 제트 생성 단면적의 이론적 불확실성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 gg → b̄bh 및 gb → bh에 대한 NLO 결과와 b̄b → h에 대한 NNLO 결과 사이의 단면적 및 스케일 의존성은 어떻게 비교되는가?
• RQ5 폐쇄된 탑 쿼크 루프는 네 플레버 수 모형에서 포함된 단면적에 어떤 영향을 미치며, 이는 다섯 플레버 수 모형과 비교해 볼 때 어떻게 다른가?

주요 결과

• NLO QCD 보정은 Higgs + 2b-제트 생성의 이론적 불확실성을 최대 50%까지 감소시켜 정밀도를 크게 향상시킨다.
• NLO 단면적은 Higgs 질량과 운동량 조건에 따라, 최대 50%까지 LO 예측보다 증가하며, 이는 Higgs 질량과 운동량 조건의 함수로 변화한다.
• 고질량 힉스에서(Мh > 120 GeV), 다섯 플레버 수 모형이 네 플레버 수 모형보다 더 큰 단면적을 제공하며, 낮은 질량에서는 이 차이가 감소한다.
• NLO 네 플레버 수 모형 계산과 b̄b → h에 대한 NNLO 다섯 플레버 수 모형 결과는 각각의 스케일 불확실성 내에서 일치하며, 고차수에서 두 모형 간의 일관성을 확인한다.
• 네 플레버 수 모형에서 Mh = 120 GeV일 때, 폐쇄된 탑 쿼크 루프로 인해 포함된 NLO 단면적이 테바트론에서 약 4%, LHC에서 약 9% 감소한다.
• 네 플레버 수 모형에서 NLO 단면적의 스케일 의존성은 여전히 뚜렷하며, 이는 큰 로그 Lb의 재결합이 완전하지 않음을 시사하며, 반면 다섯 플레버 수 모형은 이 불확실성을 더 잘 제어한다.