[논문 리뷰] Higgs pair production at NNLO

Daniel de Florian, Javier Mazzitelli|arXiv (Cornell University)|2013. 09. 25.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 2

한 줄 요약

이 논문은 LHC에서 양성자-양성자 충돌에서 포함형 힉스 보손 쌍 생성에 대해 대량 탑 쿼크 질량 근사를 사용하여 다음 이중 최고차수(NNLO) QCD 보정을 계산한다. √s = 14 TeV에서 다음 최고차수 결과에 비해 횡단단면이 약 20% 증가했으며, 이는 스케일 의존성이 크게 감소했고, 정규화를 위해 최초 차수에서 전체 탑- 및 바텀 쿼크 질량 효과를 포함시켰다.

ABSTRACT

We compute the next-to-next-to-leading order QCD corrections for Standard Model Higgs boson pair production inclusive cross section at hadron colliders within the large top-mass approximation. We provide numerical results for the LHC, finding that the corrections are large, resulting in an increase of ${\cal O}(20%)$ with respect to the next-to-leading order result at c.m. energy $\sqrt{s_H}=14\, ext{TeV}$. We observe a substantial reduction in the scale dependence, with overlap between the current and previous order prediction. All our results are normalized using the full top- and bottom-mass dependence at leading order. We also provide analytical expressions for the K factors as a function of $s_H$.

연구 동기 및 목표

• 항상성 있는 힉스 보손 쌍 생성에 대해 다음 이중 최고차수(NNLO) QCD 보정을 계산하기 위해.
• LHC의 중심질량 에너지 14 TeV에서 이러한 보정이 횡단단면에 미치는 영향를 평가하기 위해.
• 스케일 의존성 분석과 이전 순서 예측과의 비교를 통해 이론적 불확실성을 줄이기 위해.
• 더 정확한 정규화를 위해 최초 차수에서 전체 탑- 및 바텀 쿼크 질량 의존성을 사용하기 위해.
• 중심질량 에너지 √sH의 함수로 K 요인에 대한 해석적 표현을 제공하기 위해.

제안 방법

• 다음 이중 최고차수 QCD 보정을 계산하기 위해 대량 탑 쿼크 질량 근사를 사용한다.
• 강한 결합 상수 αs의 αs^3 차수까지 고정 순서 양자 chromodynamics 계산을 사용한다.
• 횡단단면을 정규화하기 위해 최초 차수에서 전체 탑- 및 바텀 쿼크 질량 의존성을 적용한다.
• LHC에서 √sH = 14 TeV에서 횡단단면의 수치적 평가를 수행한다.
• 이론적 불확실성을 평가하기 위해 인식 및 재규격화 스케일을 변화시켜 스케일 의존성을 분석한다.
• 높은 순서 보정을 정량화하기 위해 중심질량 에너지 √sH의 함수로 K 요인에 대한 해석적 표현을 유도한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 LHC에서 포함형 힉스 보손 쌍 생성에 대해 NNLO QCD 보정의 크기는 얼마인가?
• RQ2 이 보정은 다음 최고차수 예측과 비교할 때 이론적 불확실성, 특히 스케일 의존성에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ3 대량 탑 쿼크 질량 근사는 힉스 쌍 생성에 대한 NNLO 결과의 정확성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 수치적 겹침과 일관성 측면에서 NNLO 결과는 이전 순서 예측과 어떻게 비교되는가?
• RQ5 중심질량 에너지 √sH의 함수로 K 요인은 어떤 해석적 형태를 띄는가?

주요 결과

• √sH = 14 TeV에서 NNLO QCD 보정은 다음 최고차수 결과에 비해 포함형 힉스 보손 쌍 생성 횡단단면을 약 20% 증가시켰다.
• NNLO에서 횡단단면의 스케일 의존성이 상당히 감소하여 이론적 안정성이 향상됨을 나타낸다.
• NNLO 예측과 이전 순서(NLO) 예측 사이에 명확한 겹침이 존재하여 순서 간 일관성이 확인되었다.
• 최초 차수에서 전체 탑- 및 바텀 쿼크 질량 의존성을 포함시킴으로써 결과의 정규화가 더 정확해졌다.
• 중심질량 에너지 √sH의 함수로 K 요인에 대한 해석적 표현이 도출되어 다양한 에너지로의 정밀 외삽이 가능해졌다.