[논문 리뷰] HIGLU: A Program for the Calculation of the Total Higgs Production Cross Section at Hadron Colliders via Gluon Fusion including QCD Corrections

M. Spira|ArXiv.org|1995. 10. 19.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 124

한 줄 요약

HIGLU는 하드론 충돌기에서 쿼ark-반쿼ark 쌩글론 충돌을 통한 힉스 보손 총 생성 단면적을 계산하는 FORTRAN 프로그램이며, 표준모형과 그 최소 초대칭 확장(MSSM)에서 CP-짝성 및 CP-홀성 힉스 보손에 대해 다음차수의 QCD 보정을 포함한다. 이 프로그램은 파arton 루미노시티 함수와 VEGAS 기반 수치적 적분을 사용하여 총 단면적과 미분 단면적을 계산하며, 결과적으로 QCD 보정이 최초 순서 결과에 비해 단면적을 최대 두 배까지 증가시킬 수 있음을 보여준다.

ABSTRACT

A program for the calculation of the total Higgs production cross section via gluon fusion at hadron colliders including next--to--leading order QCD corrections is presented. It is suitable especially for Standard Model Higgs bosons and the neutral Higgs particles of the minimal supersymmetric extension. The program provides a model--independent calculation for scalar [\CP--even] as well as pseudoscalar [\CP--odd] Higgs bosons including the contributions of virtual top and bottom quarks inside the loop coupled to the Higgs particles. The relevant input parameters can be chosen from an input file. As a special case the minimal supersymmetric extension of the Standard Model can be investigated. The corresponding couplings are implemented including the leading higher order corrections.

연구 동기 및 목표

• 하드론 충돌기에서 쌩글론 융합을 통한 힉스 생성 단면적의 모형 독립적 계산을 제공하는 것.
• 표준모형과 그 최소 초대칭 확장(MSSM)에서 힉스 보손 생성에 대한 정밀한 이론 예측을 가능하게 하는 것.
• QCD 보정을 포함한 쌩글론으로의 힉스 보손 붕괴 폭과 생성 단면적을 계산하여 힉스 보손과 쌩글론 간의 결합 분석을 지원하는 것.
• 입력 파일을 통해 질량, 결합 상수, 재규격화 스케일 등 입력 매개변수를 사용자가 설정할 수 있는 융통성 있고 사용자 설정이 가능한 프로그램을 제공하는 것.
• 다양한 운동량 채널에서 파톤 수준 단면적에 대해 VEGAS 알고리즘을 사용한 정확한 수치적 적분을 촉진하는 것.

제안 방법

• 프로그램은 총 단면적을 최초 순서와 다음차수 QCD 보정의 합으로 계산한다: σ = σ_LO + Δσ_virt + Δσ_gg + Δσ_gq + Δσ_qq.
• 파톤 루미노시티 함수 dL^gg/dτ를 파톤 단면적과 콘볼루션하여, VEGAS 알고리즘을 사용해 운동량 분율에 대해 적분한다.
• 힉스 보손과 쌩글론 간의 결합은 토프 및 바텀 쿼크의 루프를 통해 계산되며, A^H_Q(τ_Q) 및 A^A_Q(τ_Q)의 진폭은 τ_Q = 4m_Q²/m_Φ²에 따라 달라진다.
• 가상 및 실제 보정은 참고문헌 [3,4]의 해석적 결과를 사용하며, 적분의 가상 및 충돌 특이성을 차원 정규화를 통해 정규화한다.
• 프로그램은 표준모형, MSSM(일반 또는 이중 루프 보정 포함), 그리고 양자수축 결합을 조정하여 일반 힉스 모형을 지원한다.
• 입력 매개변수(힉스 질량, 쿼크 질량, 결합 강도, 재규격화 및 인화 스케일, α_s 등)는 입력 파일을 통해 지정되며, 출력은 파일 유닛 99에 기록된다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 표준모형에서 쌩글론 융합에 의한 힉스 보손 생성 총 단면적에 대해 다음차수 QCD 보정이 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 QCD 보정은 최초 순서 예측에 비해 힉스 생성 단면적을 얼마나 증가시키는가?
• RQ3 HIGLU 프로그램은 NLO QCD 보정을 포함해 힉스 보손의 두 쌩글론으로의 붕괴 폭을 얼마나 정확하게 계산할 수 있는가?
• RQ4 재규격화 및 인화 스케일을 변화시켰을 때 예측된 단면적과 붕괴 폭에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 프로그램은 CP-짝성 및 CP-홀성 힉스 상태와 그들의 루프 유도 결합을 포함한 MSSM 힉스 보존의 전체 복잡성을 어떻게 다루는가?

주요 결과

• 다음차수 QCD 보정은 쌩글론 융합에 의한 힉스 생성 단면적을 최초 순서 결과에 비해 최대 두 배까지 증가시킨다.
• √s = 14 TeV에서 200 GeV의 힉스 보손에 대해 표준모형에서 총 NLO 단면적은 14.4107 ± 0.0047 pb이다.
• 가상 보정 Δσ_virt 기여는 3.45509 pb이며, 실제 보정 Δσ_gg 기여는 4.78077 pb로, 실제 쌩글론 방출 기여가 상당히 크다는 것을 나타낸다.
• MSSM에서 500 GeV의 힉스 보손의 쌩글론 붕괴 폭은 Γ_NLO = 13.9932 ± 0.0297 MeV로 계산되었으며, 최초 순서 대비 NLO 보정 인자는 약 1.53이다.
• 프로그램은 생산 및 붕괴 과정에 대해 알려진 해석적 결과를 성공적으로 재현하였으며, 다양한 플랫폼과 적분 설정에서 수치적 안정성이 확인되었다.
• 루프 유도 힉스-쌩글론 결합에 대해 토프 및 바텀 쿼크 루프를 모두 포함함으로써 표준모형과 대부분의 MSSM 매개변수 공간에서 뛰어난 근사치를 제공한다.