[論文レビュー] Higgs pair production at NNLO

Daniel de Florian, Javier Mazzitelli|arXiv (Cornell University)|Sep 25, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 2

ひとこと要約

本稿では、LHCにおける陽子-陽子衝突における全電子的ヒッグス粒子対生成の次々次の項（NNLO）QCD補正を、トップクォーク質量が大きいという近似を用いて計算している。√s = 14 TeVにおける次々次の項（NNLO）結果と比較して、断面積が約20%増加していることが判明した。また、スケール依存性は著しく低減されており、正規化に際してトップクォークおよびボトムクォークの質量効果をすべて一次項で含めた。

ABSTRACT

We compute the next-to-next-to-leading order QCD corrections for Standard Model Higgs boson pair production inclusive cross section at hadron colliders within the large top-mass approximation. We provide numerical results for the LHC, finding that the corrections are large, resulting in an increase of ${\cal O}(20%)$ with respect to the next-to-leading order result at c.m. energy $\sqrt{s_H}=14\, ext{TeV}$. We observe a substantial reduction in the scale dependence, with overlap between the current and previous order prediction. All our results are normalized using the full top- and bottom-mass dependence at leading order. We also provide analytical expressions for the K factors as a function of $s_H$.

研究の動機と目的

• ハドロン衝突における全電子的ヒッグス粒子対生成の次々次の項（NNLO）QCD補正を計算すること。
• LHCの中心系エネルギー14 TeVにおけるこれらの補正が断面積に与える影響を評価すること。
• スケール依存性を検討し、前次の項の予測と比較することで理論的不確かさを低減すること。
• より高い正確性を得るために、結果をトップクォークおよびボトムクォークの質量依存性を一次項で完全に含めたもので正規化すること。
• 中心系エネルギー√sHの関数としてのK要因の解析的表現を提供すること。

提案手法

• 次々次の項（NNLO）QCD補正をハドロン衝突におけるヒッグス粒子対生成に計算するために、トップクォーク質量が大きいという近似を用いる。
• 強い結合定数αsの3次までの固定順数摂動的QCD計算を用いる。
• 断面積の正規化に際して、トップクォークおよびボトムクォークの質量依存性を一次項で完全に適用する。
• LHCにおける√sH = 14 TeVでの断面積の数値的評価を実施する。
• 理論的不確かさを評価するために、因子化スケールおよび再結合スケールを変化させ、スケール依存性を分析する。
• 中心系エネルギー√sHの関数としてのK要因の解析的表現を導出することで、高次の補正を定量化する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LHCにおける全電子的ヒッグス粒子対生成に対するNNLO QCD補正の大きさはどの程度か？
• RQ2 これらの補正は、次々次の項（NNLO）予測と比較して、特にスケール依存性という理論的不確かさにどのように影響を与えるか？
• RQ3 トップクォーク質量が大きいという近似が、ヒッグス粒子対生成のNNLO結果の正確さにどの程度影響を与えるか？
• RQ4 数値的重なりと一貫性の観点から、NNLO結果は以前の次数の予測とどのように比較できるか？
• RQ5 中心系エネルギー√sHの関数としてのK要因の解析的形はどのようなものか？

主な発見

• NNLO QCD補正により、√sH = 14 TeVにおける全電子的ヒッグス粒子対生成断面積は、次々次の項（NLO）結果と比較して約20%増加した。
• NNLOにおいては断面積のスケール依存性が著しく低減されており、理論的安定性が向上していることが示された。
• NNLO予測と前次の項（NLO）予測との間に明確な重なりがあり、次数間での一貫性が確認された。
• トップクォークおよびボトムクォークの質量依存性を一次項で完全に含めたことで、結果の正規化がより正確になった。
• 中心系エネルギー√sHの関数としてのK要因の解析的表現が導出され、異なるエネルギーへの正確な外挿が可能になった。