[論文レビュー] Distributions for neutral Higgs production in the NMSSM

Stefan Liebler, Hendrik Mantler+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 9, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 72被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、1-MSSMにおけるグルーオン融合による中性ヒッグスボソン生成について、最初の完全微分的NLO QCD予測を提示する。3つの異なる手法を用いており、解析的NLO+NLL横運動量再結合と、2つの完全微分的NLO＋パートオンシャワー手法（MC@NLOおよびPOWHEG）を採用している。適切なスケール選択と不確実性を適用した場合、すべての手法間で良好な一致が得られ、NMSSMパラメータ空間全体、特に軽いヒッグス状態を含むヒッグスの横運動量スペクトルの高精度なモデル化が可能となる。

ABSTRACT

A novel computation of the fully-differential cross section for neutral Higgs-boson production through gluon fusion in the CP-conserving NMSSM is presented. Based on the calculation of NLO corrections to the total cross section [1], we implemented the NMSSM amplitudes in three codes, applying different resummation techniques: analytic transverse-momentum resummation at NLO+NLL, and two fully-differential NLO+PS Monte-Carlo approaches using the MC@NLO and POWHEG matching procedures, respectively. We study phenomenological predictions for distributions in the NMSSM with a special emphasis on the Higgs transverse-momentum spectrum. Reasonable agreement among the various approaches is found, once well-motivated choices for the unphysical matching scales and the determination of the related uncertainties are made.

研究の動機と目的

• 1-MSSMにおけるグルーオン融合による中性ヒッグスボソン生成の高精度な理論的予測を提供すること。1-MSSMは、シングレットヒッグス場を有するMSSMの主要なBSM拡張である。
• NLO QCD精度で、特にヒッグスの横運動量（$p_T$）スペクトルをパートオンシャワーにマッチングした完全微分的断面積を計算すること。
• 解析的NLO+NLL再結合、MC@NLO、POWHEGマッチングの3つの異なる計算手法を比較・検証すること。
• LHCランII以降におけるNMSSMにおけるヒッグス信号の信頼できるシミュレーションを可能とすること。特に125 GeV未満の質量を持つ軽いヒッグス状態を対象とする。
• スケール選択に起因する理論的不確実性を評価し、異なる手法およびヒッグス質量領域において一貫性があることを確認すること。

提案手法

• 3つの独立したコードにNLO QCD補正を導入した：MoRe-SusHi（解析的再結合）、aMCSusHi（MC@NLO）、mPOWHEG-SusHi（POWHEGマッチング）。
• MoRe-SusHiでは、小$ p_T $領域における対数的に強調された項を考慮するため、NLO+NLL横運動量再結合を適用した。
• MC@NLOおよびPOWHEGマッチング手順を用いて、完全微分的$ p_T $分布を生成し、大$ p_T $領域での固定順序NLO結果と整合性を保った。
• トップおよびボトムクォークのヤーコビカップリング（有限質量効果を含む）を完全に組み込んだヒッグス生成断面積を計算した。
• 理論的不確実性を推定するため、スケール変動の検証を実施した。特に再結合およびマッチングスケールの不確実性に注目した。
• スカラーおよびピューロスカラーヒッグス状態の異なる質量点（65.2 GeVの軽い$A_1$を含む）において、結果の相互検証を実施した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 解析的再結合、MC@NLO、POWHEGマッチングの3つの異なる計算フレームワークにおいて、1-MSSMにおけるヒッグスの横運動量分布はどのように比較されるか？
• RQ2 特にボトムクォークカップリングが強化された状況において、トップおよびボトムクォークのヤーコビカップリングは、1-MSSMにおける$ p_T $スペクトルにどのような影響を与えるか？
• RQ3 スケール選択に起因する理論的不確実性は予測にどのように影響し、異なる手法間で一貫して推定可能か？
• RQ4 再結合効果が支配的な低$ p_T $領域と、固定順序結果が支配的な高$ p_T $領域において、3つの手法の一致度はどの程度か？
• RQ5 MoRe-SusHiにおける解析的再結合手法は、65.2 GeVのピューロスカラーヒッグス（$A_1$）のような軽いヒッグス状態の$ p_T $スペクトルを信頼できる精度でモデル化できるか？また、モンテカルロマッチド結果と比較するとどうなるか？

主な発見

• 解析的NLO+NLL再結合（MoRe-SusHi）、MC@NLO（aMCSusHi）、POWHEG（mPOWHEG-SusHi）の3つの手法は、異なるヒッグス状態において、ヒッグスの横運動量スペクトルの中央予測値で良好な一致を示した。
• MoRe-SusHiにおける解析的再結合結果は、小横運動量領域でモンテカルロ手法よりもややソフトな$ p_T $スペクトルを示しており、既知の再結合効果と整合的である。
• スケール不確実性はすべての手法で適切に制御されており、比較的同等の水準であった。MC@NLOおよびPOWHEG手法では、マッチングスケールの変動に起因して高$ p_T $領域でやや広い不確実性帯を示した。
• 質量$ m_{A_1} = 65.2 $ GeVの軽いピューロスカラーヒッグス$ A_1 $において、2つのモンテカルロコードは非常に良く一致したが、aMCSusHi曲線に$ p_T \sim 40-70 $ GeV付近にわずかなピクルが観測された。
• すべての手法間の一致は、それぞれの理論的不確実性帯内に収まっており、適切なスケール選択がなされた場合、各アプローチの信頼性が検証された。
• 低質量ヒッグス状態に対しても結果は頑健であったが、$ m_\phi \lesssim 20 $ GeVではクォークしきい値に近接するため、追加の再結合が必要となるため注意が必要である。