[論文レビュー] Diffractive Higgs production

A. D. Martin, V. A. Khoze+1 more|ArXiv.org|Jul 26, 2005

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 2被引用数 5

ひとこと要約

本稿は、急速性ギャップとサダコフ形式因子を用いてバックグラウンドを抑制し、摂動QCD計算を安定化させることで、LHCにおけるHiggs セクターを洗練された高精度な方法で研究するための排他的な屈折的Higgsボソン生成を提案する。300 fb⁻¹の光度で約100件の観測可能なHiggsイベントが得られ、信号対バックグラウンド比が1に近いことが予測され、質量および量子数の精密測定が可能となる。

ABSTRACT

We review the advantages of observing exclusive diffractive Higgs production at the LHC. We note the importance of the Sudakov form factor in predicting the event rate. We discuss briefly other processes which may be used as `standard candles'.

研究の動機と目的

• LHCにおけるHiggsボソン研究のための排他的な屈折的Higgs生成を実用的かつ高精度な手法として確立すること。
• 背景抑制および測定精度の観点から、中央排他的生成（CEP）の利点を定量化すること。
• 摂動QCD計算における断面積の安定化に寄与するサダコフ形式因子の役割を評価すること。
• 高い生成レートを示すプロセス（例えば、ダイジェットやチヤモンニウム生成）を、排他的Higgs信号のキャリブレーションに用いる「標準キャンドル」として提案すること。
• 従来の包含的Higgs生成が抑制されるSUSYのパラメータ空間において、排他的信号がどのように強化されるかを探索すること。

提案手法

• 二つの陽子が完全に保たれ、中央でHiggsボソンが生成される二重ポメロン交換メカニズムを用いる。
• $Q_t$-積分における赤外発散を抑制するためにサダコフ形式因子を適用し、摂動QCDの適用を保証する。
• 非統合グルーオン密度 $f_g(x,x',Q_t^2,\nu^2)$ を歪んだ分布を用いてモデル化し、サダコフ $T$-因子を $T_g(Q_t,\nu) = \exp\left(-\int_{Q_t^2}^{\nu^2} \frac{\alpha_S(k_t^2)}{2\pi} \frac{dk_t^2}{k_t^2} \cdots \right)$ で組み込む。
• 急速性ギャップが破壊される可能性のあるソフト散乱効果を考慮するため、生存確率 $\hat{S}^2 = 0.026$ を用いる。
• $H \to gg$ の幅を用いて断面積を正規化し、振幅は $|N \int \frac{dQ_t^2}{Q_t^4} f_g f_g|^2$ に比例する。
• ダイジェットおよび $\chi_c$ 生成が、類似したダイナミクスを示すが断面積が大きいことから、高レートのキャリブレーションプロセス（「標準キャンドル」）として提案される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LHCにおける排他的な屈折的Higgs生成は、解像度 $\sigma(M) \sim 1$ GeV でHiggsボソン質量を高精度に測定できるか？
• RQ2 サダコフ形式因子は、中央排他的断面積の摂動QCD計算をどのように安定化させ、赤外発散を防ぐか？
• RQ3 $H \to b\bar{b}$ を通じた排他的Higgs生成における信号対バックグラウンド比は何か？受容性カット後、比が1に達するか？
• RQ4 排他的ダイジェットや $\chi_c$ 生成のようなプロセスは、信頼できる「標準キャンドル」として排他的Higgs信号のキャリブレーションに用いることができるか？
• RQ5 SUSYパラメータ空間のどの領域で、包含的モードと比較して排他的Higgs信号が強化されるか？

主な発見

• 排他的Higgs断面積は $\sigma_{\text{excl}}(H) \sim 10^{-4} \sigma^{\text{tot}}_{\text{incl}}(H)$ と予測され、300~\text{fb}^{-1} の光度で約100件の観測可能なイベントが得られる。
• サダコフ形式因子は $Q_t$-積分の赤外有限性を保証し、$M \sim 120$ GeV で断面積が $M^{-3.3}$ に比例するように抑制することで、過剰な推定を防ぐ。
• 生存確率 $\hat{S}^2 = 0.026$ は、急速性ギャップを破壊する可能性のあるソフト散乱効果を考慮している。
• $J_z = 0$ 選択則により、一次元QCD $b\bar{b}$ バックグラウンドが抑制され、$H \to b\bar{b}$ の明確な観測が可能になる。
• 排他的 $\chi_c$ 生成断面積は $\sim 50$ pb（CDF）と推定され、KMR予測と一致し、キャリブレーションのベンチマークとして機能する。
• 特定のSUSYシナリオでは、排他的信号は10倍以上に強化される一方で、バックグラウンドは変化しないため、$h$ および $H$ ボソンの両方の検出が可能になる。