[논문 리뷰] High Energy Resummed Predictions for the Production of a Higgs Boson with at least One Jet

Jeppe R. Andersen, Hitham Hassan외 4명|arXiv (Cornell University)|2022. 01. 01.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 2

한 줄 요약

이 논문은 힉스 보손 생성에 최소한 하나의 제트를 포함하는 경우에 대해 $ hat{s}/p_\perp^2$ 에서의 모든 순서 고에너지 재결합을 처음으로 제시하며, 전체 토프- 및 바텀-쿼크 질량 의존성을 포함한 고에너지 제트(HEJ) 프레임워크에 구현하였다. 재결합은 제트의 횡방향 운동량 및 빠르기 분리 분포를 크게 변화시키며, 더 강한 스펙트럼과 큰 빠르기 분리에서의 강한 억제를 초래한다—NLO 예측과 비교해 최대 두 배의 격리가 발생한다—정밀한 LHC 분석에서 재결합과 유 end한 쿼크 질량의 중요성을 부각시킨다.

ABSTRACT

We present all-order predictions for Higgs boson production plus at least one jet which are accurate to leading logarithm in $\hat s/|p_\perp|^2$. Our calculation includes full top and bottom quark mass dependence at all orders in the logarithmic part, and to highest available order in the tree-level matching. The calculation is implemented in the framework of High Energy Jets (HEJ). This is the first cross section calculated with $\log(\hat s)$ resummation and matched to fixed order for a process requiring just one jet, and our results also extend the region of resummation for processes with two jets or more. This is possible because the resummation is performed explicitly in phase space. We compare the results of our new calculation to LHC data and to next-to-leading order predictions and find a numerically significant impact of the logarithmic corrections in the shape of key distributions, which remains after normalisation of the cross section.

연구 동기 및 목표

• 모든 순서 재결합 프레임워크에서 다루지 않은 바이어스가 없는 힉스 + ≥1 제트 생성에 고에너지 재결합을 확장하기 위해.
• 모든 순서의 로그 재결합 동안 힉스-글루온 결합에서 전체 유한 토프- 및 바텀-쿼크 질량 효과를 포함하기 위해.
• 고정 순서 예측을 초월해 운동량 분포를 크게 변화시키는 로그 보정을 고려함으로써 LHC 런 3의 이론 정밀도를 향상시키기 위해.
• 8 및 13 TeV에서 LHC 데이터와의 비교를 통해 재결합 예측을 검증하기 위해, 횡방향 운동량 및 빠르기 분리와 같은 형태 민감도 관측량에 중점을 두었다.

제안 방법

• 계산은 고에너지 제트(HEJ) 프레임워크를 사용하여 $ hat{s}/p_\perp^2$ 에서의 주요 로그 재결합을 직접 단계 공간 재결합으로 수행하며, 정확한 게이지 보존성과 운동량 보존성을 유지한다.
• 새로운 구성요소를 유도함: 추가 글루온을 위한 힉스 전류 및 리파토프 정점으로, 다중 레지오드 한계에서 고에너지 보정의 재결합을 가능하게 한다.
• 형식은 힉스-글루온 결합에서 전체 유한 쿼크 질량 의존성을 포함하며, 무거운 토프 근사 초월한다.
• 실험 데이터에서 유도된 재가중 인자들을 사용하여 재결합 예측을 다음 최고 순서(NLO) 결과와 매칭한다.
• 몬테카를로 구현을 통해 제트 다중도 및 운동량 영역에 걸쳐 민감하고 현실적인 예측이 가능하다.
• HEJ 예측을 8 및 13 TeV에서 LHC 데이터 및 NLO 결과와 비교함으로써 프레임워크를 검증하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고에너지 로그 보정 $ hat{s}/p_\perp^2$ 는 특히 높은 제트 횡방향 운동량과 큰 빠르기 분리에서 힉스 + ≥1 제트 분포의 형태에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 유한한 토프- 및 바텀-쿼크 질량은 중량 토프 근사와 비교해 재결합 예측을 어느 정도 수정하는가?
• RQ3 HEJ 프레임워크는 모든 순서 재결합과 전체 질량 의존성을 포함한 포함 1-제트 과정으로 성공적으로 확장될 수 있는가?
• RQ4 재결합 예측은 운동량 분포 및 정규화 측면에서 NLO 및 LHC 데이터와 어떻게 비교되는가?
• RQ5 재결합은 이제트 빠르기 분리 및 원형 각도와 같은 관측량에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 재결합된 HEJ 예측은 NLO 대비 더 강한 제트 횡방향 운동량 스펙트럼을 제공하며, 힉스-글루온 결합에서 유한 쿼크 질량에 대한 강한 의존성이 있다.
• 최종 상태 입자 간 큰 빠르기 분리에서 HEJ 예측은 NLO 대비 최대 두 배까지 억제되며, NLO 불확도 밴드를 크게 초월한다.
• 형태의 차이는 빠르기 분리를 포함한 분포에서 가장 두드러지며, 원형 각도 분포는 재결합 효과에 덜 민감하다.
• 재결합에 전체 토프- 및 바텀-쿼크 질량 의존성을 포함함으로써 정규화 후에도 수치적으로 의미 있는 보정이 유지된다.
• 결과는 고에너지 재결합이 고다중도 및 고에너지 최종 상태에 대해 정밀 예측에 필수적임을 보여준다.
• 이 작업은 HEJ 프레임워크의 적용 범위를 포함 1-제트 과정으로 확장하며, 전체 질량 의존성을 포함한 고다중도 계산의 기초를 마련한다.