[论文解读] Higgs Boson Production at Hadron Colliders: Signal and Background Processes

David L. Rainwater, Michael Spira+1 more|ArXiv.org|Mar 19, 2002

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 9

一句话总结

本文综述了强子对撞机上Higgs玻色子信号与背景截面的理论计算，重点讨论了对LHC和Tevatron上精确测量Higgs耦合至关重要的下一阶微扰量子色动力学（NLO）和下一下一阶微扰量子色动力学（NNLO）修正。结果表明，NNLO修正将胶子融合截面的尺度不确定性稳定在10–15%之间，而底夸克有限质量效应则对bbar{b}H产生过程中的部分子密度因子化方法构成挑战。

ABSTRACT

We review the theoretical status of signal and background calculations for Higgs boson production at hadron colliders. Particular emphasis is given to missing NLO results, which will play a crucial role for the Tevatron and the LHC.

研究动机与目标

• 评估强子对撞机上Higgs玻色子产生过程中信号与背景截面的理论现状。
• 识别对LHC和Tevatron上精确测量Higgs耦合至关重要的缺失NLO及更高阶QCD修正。
• 评估有限夸克质量与部分子密度因子化在bbar{b}H产生过程中的影响。
• 量化关键产生通道（如胶子融合、矢量玻色子融合及关联Higgs产生）中的理论不确定性。
• 突出在匹配实验精度方面仍存在的理论挑战，特别是tbar{t}、Wjj和Zbb等背景。

提出的方法

• 对强子对撞机上Higgs信号与背景过程的QCD计算进行了全面综述。
• 利用重顶夸克极限分析胶子融合（gg → H）的NNLO QCD修正，确认微扰级数的稳定性和收敛性。
• 评估软胶子重求和与K因子在提高Higgs产生截面理论精度方面的作用。
• 通过对比全阶微分结果与共线近似，检验bbar{b}H产生过程中部分子密度因子化的有效性。
• 应用NLO QCD修正于关联Higgs产生（WH、ZH）及相关背景（Wjj、Zbb、tbar{t}），使用现有的NLO蒙特卡洛程序。
• 评估有限顶夸克与W玻色子宽度对tbar{t}和tbar{t}j产生过程在Leading Order下的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 在LHC和Tevatron上，主导Higgs产生机制的NLO与NNLO QCD修正当前处于何种理论状态？
• RQ2 有限底夸克质量效应如何使bbar{b}H产生过程中标准部分子密度因子化失效？
• RQ3 背景过程（如Wjj、Zbb、tbar{t}）中的理论不确定性在多大程度上限制了Higgs耦合的测量精度？
• RQ4 软胶子重求和与NNLO修正如何稳定胶子融合截面的预测？
• RQ5 为匹配LHC可实现的统计精度，尚需哪些理论改进？

主要发现

• 胶子融合过程的NNLO QCD修正使Higgs产生截面增加10–80%，并将理论预测的残余尺度不确定性稳定在10–15%水平。
• 在重顶夸克极限下的全NNLO计算证实了早期软胶子重求和估算结果，重求和效应使NNLO结果增强约10%。
• 有限底夸克质量效应导致bbar{b}H产生过程中全阶微分结果与因子化解之间的显著偏差，表明当前部分子密度因子化方法高估了截面。
• 在p_Tb ~ m_H/10时，bbar{b}H产生过程中的横动量分布低于因子化解，远低于典型因子化尺度μ_F ~ m_H。
• WH与ZH产生过程的NLO QCD修正使截面增加30–40%，且这些修正与矩阵元经修正后的Drell–Yan过程相当。
• Wjj、Zbb与tbar{t}等背景的理论不确定性仍显著，需进一步开展NLO计算，特别是包含有限宽度效应的计算，以实现精确的耦合测量。