[논문 리뷰] EW corrections to Higgs strahlung at the Tevatron and the LHC with HAWK

Ansgar Denner, S. Dittmaier외 2명|arXiv (Cornell University)|2011. 12. 22.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 5인용 수 9

한 줄 요약

이 논문은 테바트론과 LHC에서 Higgs-스트라할루션 과정 pp/p̄p → H+W/Z → H + 2 렙톤에 대해 몬테카를로 이벤트 생성기 HAWK에 최초로 다음 준순서(NLO) 양자전자역학(EW) 보정을 포함한다. 이 보정은 고에너지 Higgs 횡방향 운동량(pT,H > 200 GeV)에서 WH 생성 시 최대 −15%에 이르며, 부드럽고 충돌하는 W/Z 보손의 교환으로 인한 큰 로그 항으로 인해 미분 분포에서 뚜렷한 증가가 관찰된다.

ABSTRACT

We briefly report on the inclusion of NLO QCD and electroweak corrections to the Higgs-strahlung processes pp/ppbar -> HW/Z -> H+2leptons in the Monte Carlo program HAWK. The electroweak corrections, which are at the level of -(5-10)% for total cross sections, further increase in size with increasing transverse momenta (p_T) in differential cross sections. For instance, for p_{T,H}>200GeV, which is the interesting range at the LHC, the electroweak corrections to WH production reach about -15% for M_H=120GeV.

연구 동기 및 목표

• Higgs-스트라할루션 과정 pp/p̄p → H+W/Z → H + 2 렙톤에 대해 완전한 운동량 정보를 포함한 NLO 전자약력 보정을 계산하기 위해.
• 이 보정을 HAWK 몬테카를로 프로그램에 구현하여 실험 분석을 위한 정밀 시뮬레이션을 가능하게 하기 위해.
• 특히 LHC에서 부스트된 Higgs 상태에서의 미분 및 통합 단면적에 대한 EW 보정의 영향을 정량화하기 위해.
• 복잡한 질량 체계를 사용하여 이전 계산에서 부족했던 임계 영역(MH ≈ 2MW, 2MZ)을 적절히 처리함으로써 이전 계산의 한계를 해결하기 위해.
• 최종 상태 광자 처리 방식(재결합 vs. 원시 렙톤)의 차이를 비교하고 그 보정에 미치는 영향을 평가하기 위해.

제안 방법

• 원래 벡터 보손 융합 과정을 위해 설계된 HAWK 이벤트 생성기에 NLO 전자약력 보정을 통합하기 위해.
• 공명 W/Z 보손을 일관되게 처리하고 임계 영역의 처리를 향상시키기 위해 복소 질량 체계를 사용하기 위해.
• 두 가지 광자 처리 체계를 구현: 충돌하는 광자에 대해 Rγl < 0.1인 재결합 렙톤과 완벽한 고립 조건을 갖춘 원시 렙톤.
• 테바트론과 7 TeV LHC에서 Higgs 횡방향 운동량(pT,H)에 따른 미분 단면적을 계산하며, 현실적인 실험적 절삭 조건을 적용하기 위해.
• 광자 분포 함수를 통해 초기 상태 복사 효과를 포함하여 +1% 보정 기여를 얻기 위해.
• LHC Higgs 단면적 협의체 입력 매개변수 및 표준 절삭 조건(pT,l > 20 GeV, |yl| < 2.5, pT,miss > 25 GeV)과의 검증을 수행하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 LHC에서 Higgs-스트라할루션 과정에 대해 NLO 전자약력 보정이 Higgs 횡방향 운동량에 따른 미분 단면적에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 부스트된 Higgs 분석에 관련된 고에너지 pT,H 영역에서 전자약력 보정의 크기와 운동량 의존성은 어떠한가?
• RQ3 최종 상태 광자 처리 방식(재결합 vs. 원시 렙톤)의 차이가 전자약력 보정의 크기와 형태에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 특히 부스트된 Higgs 영역에서 전자약력 보정이 QCD 보정보다 크기 측면에서 얼마나 큰가?
• RQ5 이전에 잘 모델링되지 않았던 Higgs-스트라할루션 과정에서 임계 효과를 복잡한 질량 체계가 충분히 잘 기술할 수 있는가?

주요 결과

• MH = 120 GeV일 때, pT,H > 200 GeV 조건에서 LHC에서 WH 생성에 대해 전자약력 보정이 최대 −15%에 이르며, 횡방향 운동량이 클수록 보정이 커진다.
• 총 단면적에 대해 전자약력 보정은 −5%에서 −10% 사이이며, pT,H가 증가함에 따라 크게 증가한다. 이는 부드럽고 충돌하는 W/Z 보손의 교환으로 인한 큰 로그 항이 주요 원인이다.
• 재결합 렙톤과 원시 렙톤 처리 방식 간의 차이는 작으며, 주로 약한 상호작용에서 기인하는 보정이 우세하기 때문이다.
• 테바트론의 포함 샘플 및 저에너지 pT,H LHC 샘플에서 EW 보정은 −5%에서 −15%이며, 고에너지 pT,H에서 W 매개 채널에서 가장 크다.
• MH ≈ 2MW, 2MZ 영역의 임계 영역이 이제 복소 질량 체계의 도입으로 이론적으로 제어 가능해졌으며, 이로써 이전의 단점들이 해결되었다.
• 초기 상태 복사 효과는 추가로 +1% 보정을 기여하며, 광자 분포 함수를 통해 포함되었으며, 주요 그림에는 포함되어 있지 않다.