[논문 리뷰] Finite quark-mass effects in the NNLOPS POWHEG+MiNLO Higgs generator

K. Hamilton, Paolo Nason외 1명|arXiv (Cornell University)|2015. 01. 19.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 17인용 수 9

한 줄 요약

이 논문은 NNLOPS POWHEG+MiNLO 힉스 보손 생성 생성기의 유한한 탑-쿼크 및 번 bottom-쿼크 질량 효과를 NLO 정확도로 확장한다. 이는 소프트 및 콜라린어한 근사에서의 보간을 통해 개선된 행렬원소 근사법을 사용한다. 유한한 쿼크 질량의 영향은 작고 잘 통제되어 있으며, 번 쿼크 효과에서 알려지지 않은 로그 항 구조로 인한 불확실성은 표준 스케일 변동 범위 내에 포함되어 있다.

ABSTRACT

We include finite top- and bottom-mass effects in the next-to-next-to-leading order parton shower (NNLOPS) event generator for inclusive Higgs boson production in gluon fusion based upon the POWHEG+MiNLO approach. Since fixed-order results for quark-mass effects only reach NLO accuracy, we add them to the NNLOPS generator at that accuracy. We explore uncertainties related to the unknown all-order logarithmic structure of bottom-mass effects by comparing the assumption of full exponentiation to no exponentiation at all. Phenomenological results showing the effects of finite quark-masses in the NNLOPS simulation are presented. These suggest that the aforementioned uncertainty is well contained within the envelope of plain renormalization and factorization scale uncertainties.

연구 동기 및 목표

• NNLOPS POWHEG+MiNLO 힉스 보손 생성 생성기의 유한한 탑-및 번 쿼크 질량 효과를 포함하기 위해 확장하는 것.
• 번 쿼크 질량 효과에서의 전순서 로그 항 구조 부족 문제를 해결하기 위해 전체 지수화 대비 지수화 없음의 비교를 수행하는 것.
• 독립적인 몬테카를로 이벤트 생성의 맥락에서 유한한 쿼크 질량을 고려한 현상학적으로 타당하고 정확한 시뮬레이션을 제공하는 것.
• 파트온 쇄발 매칭 생성기의 정확도를 향상시켜 향후 LHC 런-II 측정치에 대한 이론적 정밀도를 확보하는 것.

제안 방법

• 유한한 쿼크 질량 효과는 고정 주기 결과가 NLO까지만 이용 가능하므로 NLO 정확도로 포함된다.
• 고에너지 영역인 $m_b \ll p_T \ll m_H$ 및 $z \to 0$ 에서의 큰 $m_t$-작은 $m_b$ 근사에서 유한한 $m_t$ 및 작은 $m_b$ 근사를 통합하여 행렬원소 근사를 구성한다.
• 근사는 소프트 및 콜라린어한 근사에서 정확하게 유지되며, $z \to 1$ 근사에서 사라지는 인과성 파괴 잔여항을 포함한다.
• 행렬원소는 끝내기 유한한 $m_t$와 무한한 $m_t$의 행렬원소 비율을 사용하여 영역 간에 보간한다.
• 작은 $m_b$ 근사에서의 잠재적 위상 발산을 피하기 위해 조절자 $\varepsilon = m_b^2$ 를 도입한다.
• 이 방법은 큰 $m_t$ 근사에서의 소프트 인과성 및 재결합 구조와 일관성을 유지한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 유한한 탑-및 번 쿼크 질량은 NNLOPS POWHEG+MiNLO 프레임워크 내에서 힉스 보손 생성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 번 쿼크 질량 효과에서 알려지지 않은 전순서 로그 항 구조가 현상학적 예측에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 유한 질량 효과의 크기는 표준 재결합 및 인과성 스케일 불확실성과 비교하여 어떻게 되는가?
• RQ4 일致적인 보간 기반의 행렬원소 근사는 다양한 운동역학 영역에서 유한한 쿼크 질량 효과를 정확하게 기술할 수 있는가?
• RQ5 유한한 쿼크 질량의 포함이 실제 LHC 관측량에서 큰 $m_t$ 근사와 상당한 이격을 일으키는가?

주요 결과

• NNLOPS 생성기에서의 유한한 쿼크 질량 효과는 포함 및 미분 분포에 대해 작고 정량적으로 무시할 수 있는 영향을 미친다.
• 번 쿼크 질량 효과에서 알려지지 않은 전순서 로그 항 구조로 인한 불확실성은 표준 재결합 및 인과성 스케일 변동의 범위 내에 잘 포함되어 있다.
• 현상학적 결과는 유한 질량 보정이 데이터와의 총합 일치를 변화시키지 않지만 이론 정밀도를 향상시킨다.
• 행렬원소 근사는 소프트 및 콜라린어한 근사 간에 성공적으로 보간되며, 정확한 인과성 행동을 유지한다.
• 비율 $\mathcal{M}_{gg\to H}^{[m_t,0]}/\mathcal{M}_{gg\to H}^{[\infty,0]}$ 을 통한 유한한 탑 쿼크 질량 효과의 포함은 비무한 $m_t$ 보정의 핵심 요소를 포괄한다.