[論文レビュー] Higgs Boson Production in Association with Bottom Quarks

J. M. Campbell, S. Dawson+8 more|ArXiv.org|May 31, 2004

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 35

ひとこと要約

本稿では、テバトロンおよびLHCにおけるヒッグス粒子とボトムクォークの連関生成について、次-leading-order (NLO) QCD計算を、4フレーバー数スキームと5フレーバー数スキームの両方で実施する。NLO補正により理論的不確実性が最大50%まで低減され、両スキームの整合性が確認され、5フレーバー数スキームはボトムクォーク質量に起因する大きな対数項をより効果的に再帰的に扱うことが示された。

ABSTRACT

In the Standard Model, the coupling of the Higgs boson to b quarks is weak, leading to small cross sections for producing a Higgs boson in association with b quarks. However, Higgs bosons with enhanced couplings to b quarks, such as occur in supersymmetric models for large values of tan beta, will be copiously produced at both the Tevatron and the LHC in association with b quarks, which will be an important discovery channel. We investigate the connections between the production channels, bg -> bh and gg ->b bbar h, at next-to-leading order (NLO) in perturbative QCD and present results for the cases with two high p_T b jets and with one high p_T b jet at both the Tevatron the the LHC. Finally, the total cross sections without cuts are compared between gg -> b bbar h at NLO and b bbar ->h at NNLO.

研究の動機と目的

• 大tanβにおけるMSSMのような、ボトム-ヒッグスカップリングが強化された状況を想定し、テバトロンおよびLHCにおけるヒッグス粒子とボトムクォークの連関生成を調査すること。
• ボトムクォークを含むヒッグス生成断面積におけるスケールおよびスキーム依存性に起因する理論的不確実性を扱うこと。
• 初期状態に明示的なボトムクォークを含む4フレーバー数スキームと、ボトムパートオン分布関数を用いる5フレーバー数スキームを、ヒッグス＋bジェット最終状態に対して比較すること。
• NLO QCD補正が、1つまたは2つの高pT bジェットを伴うヒッグス生成断面積、および包括的ヒッグス生成に対して与える影響を評価すること。
• 共線的b̄b分裂に起因する大きな対数項Lb ≡ log(Q²/m²b)が存在する状況における摂動的QCD計算の収束性および信頼性を評価すること。

提案手法

• 4フレーバー数スキームにおいて、過程gg → b̄bhおよびgb → bhのNLO QCD計算を実施し、bジェットに運動量と擬似ラプシディティのカットを適用する。
• Qがボトムクォークの横運動量スケールであるとき、Lb ≡ log(Q²/m²b)の大きな対数項を再帰的に扱うために、進化させたボトムパートオン分布関数を用いた5フレーバー数スキームを用いる。
• 1つまたは2つのタグ付きbジェットを伴うヒッグス生成および包括的ヒッグス生成に対して、4フレーバー数スキームと5フレーバー数スキームの結果を比較する。
• CTEQ6L1 (LO)およびCTEQ6M (NLO)のパートオン分布関数を用い、αs(NLO)(MZ) = 0.118およびmb(pole) = 4.62 GeVとする。
• 理論的不確実性を推定するため、μR = μFを(2mb + Mh)/8から(2mb + Mh)/2の範囲で変化させ、スケール依存性を調査する。
• 同じヒッグス質量およびスケール選択を用いて、b̄b → hに対するNLO 4フレーバー数スキーム結果とNNLO 5フレーバー数スキーム結果を比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NLO QCD補正は、テバトロンおよびLHCにおける1つまたは2つの高pT bジェットを伴うヒッグス粒子生成断面積に、どのように影響を与えるか？
• RQ2 4フレーバー数スキームと5フレーバー数スキームは、ヒッグス＋bジェット最終状態に対してどの程度一貫した予測を提供するか。また、両者のスケール依存性はどのように比較されるか？
• RQ3 Lb ≡ log(Q²/m²b)の大きな対数項の再帰的処理は、ヒッグス＋bジェット生成断面積の理論的不確実性に、どのような影響を与えるか？
• RQ4 gg → b̄bhおよびgb → bhのNLO結果と、b̄b → hのNNLO結果との間で、断面積およびスケール依存性の観点から、どの程度一致するか？
• RQ5 閉じたトップクォークループは、4フレーバー数スキームにおける包括的断面積にどのように影響を与えるか。また、5フレーバー数スキームと比較すると、その影響はどのようになるか？

主な発見

• NLO QCD補正により、ヒッグス＋2bジェット生成断面積における理論的不確実性が最大50%まで低減され、精度が著しく向上した。
• ヒッグス＋2bジェット生成断面積のNLO計算値は、LO予測に比べて最大50%まで増加し、ヒッグス質量および運動量カットの条件に依存する。
• 高ヒッグス質量（Mh > 120 GeV）においては、5フレーバー数スキームの断面積が4フレーバー数スキームを上回るが、質量が低いと差が小さくなる。
• b̄b → hに対するNLO 4フレーバー数スキーム計算結果とNNLO 5フレーバー数スキーム結果は、それぞれのスケール不確実性の範囲内で一致しており、高次の精度で両スキームの整合性が確認された。
• 4フレーバー数スキームにおいて、閉じたトップクォークループの寄与は、Mh = 120 GeVのとき、テバトロンで約4%、LHCで約9%の包括的NLO断面積の減少を引き起こした。
• 4フレーバー数スキームでは、NLO断面積のスケール依存性が依然として顕著であり、Lbの大きな対数項の再帰的処理が不完全であることが示唆された。一方、5フレーバー数スキームでは、この不確実性がより効果的に制御されていた。