[논문 리뷰] Higgs production plus two jets at hadron colliders

V. Del Duca, William B. Kilgore외 3명|ArXiv.org|2001. 09. 17.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 글루온 융합를 통한 두 제트와 함께하는 힉스 보손 생성에 대해 상위 순서 계산을 수행하며, 전체 토프 쿼크 질량 의존성을 포함하고, 대량 토프 쿼크 근사와 비교한다. 이는 LHC에서 글루온 융합와 약한 보손 융합 과정을 효과적으로 구별하는 데에 제트의 각도 상관관계—특히 빠르도 분리와 원형 분리—를 사용한다. 대량 토프 쿼크 근사는 Higgs 질량이 200 GeV 이하이고 제트의 횡방향 운동량이 토프 질량 이하일 경우 정확도를 유지한다.

ABSTRACT

In this talk we present a calculation of Higgs production via gluon fusion in association with two jets, including the full top-quark mass dependence, and compare it to the large top-mass limit. We find that the large top-mass limit is a good approximation as long as the Higgs mass is smaller than the top quark pair mass, and the jet transverse energies are smaller than the top mass. In addition, we compare Higgs production via gluon fusion and via weak-boson fusion, and consider final-state distributions, like the rapidity interval between the jets and the jet-jet azimuthal decorrelation, which may allow us to distinguish one fusion process from the other.

연구 동기 및 목표

• 하나의 충돌기에서 글루온 융합를 통한 Higgs + 2 제트 생성에서 대량 토프 쿼크 질량 근사의 타당성을 평가하기 위해.
• LHC에서 Higgs + 2 제트 최종 상태에 대한 글루온 융합와 약한 보손 융합의 기여를 비교하기 위해.
• 글루온 융합와 약한 보손 융합 메커니즘을 구별할 수 있는 운동량 관측량—예를 들어 빠르도 분리와 원형 분리—를 특정하기 위해.
• 제트 횡방향 운동량과 디제트 진동 질량이 대량 토프 질량 근사의 신뢰성에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 원형 각도 상관관계가 표준 모형을 초월한 WWH 결합의 텐서 구조를 탐지하는 데 잠재력을 지닌다는 것을 탐색하기 위해.

제안 방법

• 일차 가상 및 실방출 도형을 사용하여, 전체 토프 쿼크 질량 의존성을 포함한 글루온 융합를 통한 Higgs + 2 제트 생성에 대해 다음 주된 순서 QCD 계산을 수행한다.
• 결과를 대량 토프 쿼크 근사와 비교하며, 여기서 토프 쿼크 루프는 효과적 Hgg 정점으로 대체되어 두 번째 순서 계산으로 단순화된다.
• 최소 및 WBF 전용 절단을 적용: $p_{j\bot} > 20$ GeV, $|η_j| < 5$, $R_{jj} > 0.6$, $m_{jj} > 600$ GeV를 통해 약한 보손 융합 사건을 분리한다.
• 교정 스케일 $\mu_f = \sqrt{p_{1\perp}p_{2\perp}}$와 $\alpha_s(M_Z) = 0.12$를 사용하여 몬테카를로 적분을 통해 단면적을 계산한다.
• 두 제트 사이의 빠르도 분리 $\Delta\eta_{jj}$와 원형 각도 $\phi_{jj}$의 미분 분포를 분석하여 생성 메커니즘을 구별한다.
• 재정규화 스케일 변화에 따른 단면적의 민감도를 평가하여, 글루온 융합 채널에서 강한 의존성을 발견한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 LHC에서 글루온 융합를 통한 Higgs + 2 제트 생성에서 대량 토프 쿼크 질량 근사는 얼마나 정확한가?
• RQ2 중간 Higgs 질량 범위에서 제트 횡방향 운동량과 디제트 진동 질량은 대량 토프 질량 근사를 얼마나 무너뜨리는가?
• RQ3 두 제트 사이의 빠르도 분리는 글루온 융합 기여를 효과적으로 억제하고 약한 보손 융합 신호를 강화할 수 있는가?
• RQ4 글루온 융합와 약한 보손 융합 과정 사이에서 두 제트 사이의 원형 각도 상관관계는 어떻게 다를까?
• RQ5 원형 분리 분포는 표준 모형을 초월한 비정상적인 WWH 결합을 탐지하는 데 사용될 수 있는가?

주요 결과

• Higgs 질량이 200 GeV 이하이고 제트 횡방향 운동량이 토프 질량 이하일 경우, 대량 토프 쿼크 질량 근사는 전체 토프 쿼크 질량 계산에 대해 뛰어난 근사이다.
• 질량이 $m_H \approx 2m_t$ 근처에서의 임계값 증폭 현상은 전체 계산과 대량 토프 질량 근사 모두에서 잘 재현되며, 고질량 영역에서의 근사의 강건성을 확인한다.
• WBF 전용 절단 조건을 적용한 결과, Higgs 질량이 100에서 200 GeV 사이일 경우 약한 보손 융합이 글루온 융합보다 약 3:1의 비율로 우세하다.
• 약한 보손 융합에서는 글루온 융합보다 두 제트 사이의 빠르도 분리가 뚜렷이 크며, 이는 효과적인 분류자로 기능한다.
• 약한 보손 융합에서는 원형 각도 분포가 평탄한 반면, 글루온 융합에서는 CP-정상 $HG_{\mu\nu}G^{\mu\nu}$ 결합로 인해 특징적인 구조를 보이며, 두 메커니즘을 명확히 분리할 수 있다.
• 원형 분리 분포는 CP-정상과 CP-비대칭 비정상 WWH 결합을 구별할 수 있으며, 표준 모형을 초월한 새로운 물리 현상을 탐지하는 데 유용한 도구가 된다.