[论文解读] Ancillary files for "Full-colour double-virtual amplitudes for associated production of a Higgs boson with a bottom-quark pair at the LHC"

Simon Badger, Heribertus Bayu Hartanto+4 more|arXiv (Cornell University)|Dec 9, 2024

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 4

一句话总结

本论文首次在五 flavour scheme 下，对大型强子对撞机（LHC）上底夸克对关联的希格斯玻色子产生过程中的完整色度双虚两圈振幅进行了解析计算。通过有限域重构技术，作者推导出精确的螺旋度振幅，将其集成至公开的 C++ 库中，并在高能物理精确测量与新物理搜索的典型事例中验证了其数值稳定性和高效性。

ABSTRACT

Ancillary files for the article "Full-colour double-virtual amplitudes for associated production of a Higgs boson with a bottom-quark pair at the LHC" by Simon Badger, Heribertus Bayu Hartanto, Rene Poncelet, Zihao Wu, Yang Zhang and Simone Zoia, available at https://arxiv.org/abs/2412.06519 and https://doi.org/10.1007/JHEP03(2025)066. See Appendix A of the article and the README file in anc_cpp.tar.gz for a description of the files.

研究动机与目标

• 在五 flavour scheme 下，计算 pp → b̄bH 的完整两圈双虚振幅，包括所有色结构。
• 通过提供 NNLO QCD 精度的解析振幅，支持对 LHC 上底夸克 Yukawa 耦合的高精度现象学研究。
• 开发这些振幅的数值稳定且高效的实现，以供蒙特卡洛事件生成器与对撞机物理模拟使用。
• 支持从 b̄bH 最终态中提取希格斯玻色子与底夸克的耦合强度，并开展新物理搜索。

提出的方法

• 计算在五 flavour scheme 下进行，将底夸克视为无质量且具有有限 Yukawa 耦合。
• 采用有限域重构技术，从有限域中的数值计算中推导出螺旋度振幅的解析表达式。
• 振幅被分解为五边形函数、超越常数与平方根的基组，其有理系数通过多项式重构确定。
• 结果按不同部分子道（2g2bH、2q2bH）、圈阶、色结构、螺旋度构型以及 nf 和 Nc 的幂次组织为辅助文件。
• 实现了一个公开的 C++ 库，用于高效且稳定地数值计算原始振幅与硬函数。
• 框架包含通过 Z 算符实现的红外减除工具与五边形函数的置换规则，支持现象学应用中的完全自动化。

Figure 1: Representative two-loop Feynman diagrams appearing in the $0\to\bar{b}bggH$ scattering process, together with the partial amplitudes associated with each of the diagrams. Dashed lines denote the Higgs boson, while solid lines denote massless quarks (red for the bottom quark).

实验结果

研究问题

• RQ1 在五 flavour scheme 下，底夸克对关联的希格斯玻色子产生过程中，完整色度双虚两圈振幅的解析结构为何？
• RQ2 如何有效应用有限域重构技术，以计算具有完整色结构与螺旋度依赖性的多尺度、多粒子两圈振幅？
• RQ3 在真实对撞机动量构型下，所得到的解析振幅在数值计算中表现出怎样的稳定性与性能？
• RQ4 如何系统化地组织并公开发布这些振幅，以供蒙特卡洛模拟与精确希格斯物理研究使用？
• RQ5 在 b̄bH 产生过程中，完整色结构在两圈振幅中起何种作用，其对截面预测有何影响？

主要发现

• 作者成功计算了在五 flavour scheme 下 pp → b̄bH 的完整色度两圈双虚振幅，涵盖所有色结构与螺旋度构型。
• 通过有限域重构技术推导出螺旋度振幅的解析表达式，确保了精确的有理系数与高数值精度。
• 结果已集成至公开的 C++ 库中，支持快速且稳定的数值计算，适用于现象学研究。
• 框架支持多种部分子道（2g2bH 与 2q2bH）、螺旋度构型（pppp、pppm、ppmm），并包含红外减除与函数置换的工具。
• 实现展现出强健性与高效性，适用于 NNLO QCD 预测与未来高亮度 LHC 分析。
• 辅助文件提供了完整、模块化且可重用的基础设施，用于以标准化格式计算硬函数、极点与有限余项。

Figure 2: Representative two-loop Feynman diagrams appearing in the $0\to\bar{b}b\bar{q}qH$ scattering process, together with the partial amplitudes they contribute to. The notation is the same as in Fig. 1 .