[論文レビュー] Double Parton Scattering in Associate Higgs Boson Production with Bottom Quarks at Hadron Colliders

M. Y. Hussein|ArXiv.org|Oct 1, 2007

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用数 8

ひとこと要約

本論文は、LHCにおけるヒッグス粒子のボトムクォークを伴う生成過程におけるバックグラウンド要因としての二重部分子散乱（DPS）を調査し、高エネルギー部分子のフルエンスのおかげで$ b\bar{b}h $最終状態に顕著な寄与を示すことを示している。因子化された二重部分子分布関数と効果的断面積パラメータ$ \sigma_{\text{eff}} = 1.45 $ mbを用いて、DPS断面積がヒッグス信号検出に影響を及ぼすほど十分に大きく、特にbジェットを特定したハドロン的崩壊チャネルにおいて顕著であることが判明した。

ABSTRACT

Higgs boson production in association with bottom quarks, is one of the most important discovery channels for Higgs particles in the Standard Model (SM) and its supersymmetric extension at the LHC pp collider . The theoretical prediction of the corresponding cross section has been improved by including the complete next-to-leading order QCD corrections. We review the status results for the leading order to the partonic process and present calculations for the integrated cross-section in both single and double parton scattering collisions.

研究の動機と目的

• LHCにおけるヒッグス粒子のボトムクォークを伴う生成過程における二重部分子散乱（DPS）の寄与を評価すること。
• $ b\bar{b}h $最終状態のDPS断面積を定量的に評価し、ハドロン的崩壊におけるヒッグス信号の同定に不可欠であることを明らかにすること。
• DPSが$ b\bar{b}h $チャネルにおけるバックグラウンドに顕著に寄与するかどうかを評価すること、特にMSSMにおいて$ \tan\beta $が大きい場合のボトム＝ユカワ結合の増強状況を想定する。
• 実験的タギングに適した$ p_T(b) > 20 $ GeVの排他的最終状態の理論的断面積予測を提供すること。

提案手法

• 本研究では、プロトン-プロトン衝突における同時に発生する部分子反応をモデル化するため、因子化された二重部分子分布関数（dPDFs）を用いた。
• CDFデータから導出された$ \sigma_{\text{eff}} = 1.45 \pm 1.7^{+1.7}_{-2.3} $ mbという効果的断面積パラメータを用いて、DPS断面積の計算を簡略化した。
• 包括的DPS断面積は、$ \sigma_{(A,B)}^{D} = \frac{m}{2} \frac{\hat{\sigma}(A)\hat{\sigma}(B)}{\sigma_{\text{eff}}} $ の式で計算され、$ m=2 $ は区別可能な過程を表す。
• 部分子レベルの行列要素$ q\bar{q}, gg \to b\bar{b}h $は、MadGraphとHELASを用いて計算され、積分はVEGASを用いて実行された。
• 実験的タギングに適した排他的最終状態を抽出するため、$ p_T(b) > 20 $ GeV の運動学的カットを適用した。
• MRST部分子分布関数を用いて、$ \sqrt{s} = 14 $ TeVにおけるヒッグス質量の関数として、LO断面積を計算した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LHCにおけるヒッグス粒子生成の$ b\bar{b}h $最終状態において、二重部分子散乱（DPS）の寄与はどの程度か？
• RQ2 効果的断面積$ \sigma_{\text{eff}} $は、$ b\bar{b}h $生成におけるDPS断面積予測にどのように影響を与えるか？
• RQ3 DPS汚染は、特にハドロン的崩壊においてヒッグス粒子の検出にどの程度影響を及えるか？
• RQ4 ボトムクォークの横運動量（$ p_T > 20 $ GeV）に課された運動学的カットは、DPS断面積とバックグラウンド抑制にどのように影響するか？
• RQ5 MSSMにおいて$ \tan\beta $が大きい場合にボトム＝ユカワ結合が強化される状況では、DPSが$ b\bar{b}h $チャネルにおける主要なバックグラウンド要因となる可能性はあるか？

主な発見

• $ b\bar{b}h $生成における二重部分子散乱断面積は、LHCにおける$ b\bar{b} $対の高フルエンスのため、顕著に大きいことが判明した。
• $ \sigma_{\text{eff}} = 1.45 $ mbを用いることで、$ b\bar{b}h $生成におけるDPS寄与は非可視的であり、実験的解析において考慮すべきであることが示された。
• 大きな$ \tan\beta $の状況ではボトム＝ユカワ結合が顕著に増強され、MSSMのようなモデルでは$ b\bar{b}h $生成が支配的になるため、DPS断面積はそのような状況で増幅される。
• $ p_T(b) > 20 $ GeV の運動学的カットは、断面積を1〜2桁減少させるが、バックグラウンドを顕著に抑制し、信号純度を向上させる。
• 断面積が減少しても、$ b\bar{b} $対生成率が非常に高いことから、DPS機構はハドロン的崩壊モードにおいても依然として重要なバックグラウンド要因である。
• 本研究は、$ b\bar{b}h $最終状態を有する個別のハドロン的チャネルは、QCDバックグラウンドが顕著であるため、個別に分析すべきであると結論づけた。