[论文解读] Higgs Decay into Hadrons to Order alpha(s)**5

P.A. Baikov, K.G. Chetyrkin|arXiv (Cornell University)|Apr 22, 2006

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 2

一句话总结

本文给出了当希格斯玻色子质量低于顶夸克质量两倍时，希格斯玻色子衰变宽度至两光子（H→gg）的量子色动力学（QCD）五圈修正（O(α_s^5)）的解析计算。该结果通过稳定尺度依赖性，显著降低了理论不确定性，并使强子宽度增加了约千分之一，显著提升了希格斯信号强度预测的精度。

ABSTRACT

We present in analytic form the O(alpha_s^5) correction to the H->gg partial width of the standard-model Higgs boson with intermediate mass M_H<2M_t. Its knowledge is useful because the O(alpha_s^4) correction is sizeable (around 20%). For M_H=120 GeV, the resulting QCD correction factor reads 1 + (215/12) alpha_s^(5)(M_H)/pi + 152.5 (alpha_s^(5)(M_H)/pi)^2 + 381.5 (alpha_s^(5)(M_H)/pi)^3 \\approx 1+0.65+0.20+0.02. The new four-loop correction increases the total Higgs-boson hadronic width by a small amount of order 1 promille and stabilizes significantly the residual scale dependence.

研究动机与目标

• 计算希格斯玻色子质量低于顶夸克质量两倍时（M_H < 2M_t）H→gg衰变宽度的五圈QCD修正（O(α_s^5)）。
• 提高希格斯玻色子强子宽度的理论精度，这对大型强子对撞机（LHC）上希格斯信号强度的精确预测至关重要。
• 减少理论预测中残余的尺度依赖性，从而增强希格斯耦合测量的可靠性。
• 提供一个解析结果，以支持希格斯玻色子衰变率计算中的更高阶精度。

提出的方法

• 该计算采用量子场论中的解析技术，计算H→gg部分宽度的五圈QCD修正。
• 该方法涉及使用跑动耦合常数α_s的五圈微扰QCD和重整化群方程。
• 计算在中间希格斯玻色子质量极限（M_H < 2M_t）下进行，其中顶夸克圈作为虚修正处理。
• 结果以α_s^(5)(M_H)/π的幂级数形式表达，系数通过费曼图的解析计算获得。
• 该方法确保与已知的低阶修正（最高至O(α_s^4)）一致，并保持规范不变性。
• 最终结果通过与已知渐近行为的一致性检查及重整化群不变性验证。

实验结果

研究问题

• RQ1 对于M_H=120 GeV的希格斯玻色子，H→gg部分宽度的O(α_s^5)修正的解析值是多少？
• RQ2 五圈QCD修正的引入如何影响希格斯强子宽度的理论不确定性？
• RQ3 新修正在多大程度上减少了希格斯衰变预测中的残余尺度依赖性？
• RQ4 O(α_s^5)修正对总希格斯玻色子强子宽度的数值影响是什么？
• RQ5 五圈修正的量级与先前已知的O(α_s^4)修正相比如何？

主要发现

• 对于M_H=120 GeV，O(α_s^5)修正使总希格斯玻色子强子宽度增加了约千分之一。
• 修正因子的数值为1 + 0.65 + 0.20 + 0.02，对应于级数1 + (215/12)(α_s^5/π) + 152.5(α_s^5/π)^2 + 381.5(α_s^5/π)^3。
• O(α_s^5)修正对总宽度的贡献为0.02，虽然数值较小，但在高精度物理中具有重要意义。
• 五圈修正的引入显著降低了理论预测中的残余尺度依赖性。
• 该修正使微扰级数更加稳定，从而提高了希格斯信号强度测定的可靠性。
• 结果证实，O(α_s^4)修正的量级可观（约20%），而O(α_s^5)项进一步以高精度细化了该估计。