[论文解读] High Energy Resummed Predictions for the Production of a Higgs Boson with at least One Jet

Jeppe R. Andersen, Hitham Hassan+4 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2022

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 2

一句话总结

该论文首次在高能框架下对Higgs玻色子产生过程中至少包含一束喷注的$\hat{s}/p_\perp^2$对数修正进行了全阶数高能重求和，该方法基于High Energy Jets（HEJ）框架，并完整包含了顶夸克与底夸克的有限质量效应。重求和显著改变了喷注横动量和快度分离分布，导致谱函数更硬，并在大快度分离区域出现强烈抑制——与NLO预测相比，差异最大可达两倍——凸显了重求和与有限夸克质量在LHC高精度分析中的重要性。

ABSTRACT

We present all-order predictions for Higgs boson production plus at least one jet which are accurate to leading logarithm in $\hat s/|p_\perp|^2$. Our calculation includes full top and bottom quark mass dependence at all orders in the logarithmic part, and to highest available order in the tree-level matching. The calculation is implemented in the framework of High Energy Jets (HEJ). This is the first cross section calculated with $\log(\hat s)$ resummation and matched to fixed order for a process requiring just one jet, and our results also extend the region of resummation for processes with two jets or more. This is possible because the resummation is performed explicitly in phase space. We compare the results of our new calculation to LHC data and to next-to-leading order predictions and find a numerically significant impact of the logarithmic corrections in the shape of key distributions, which remains after normalisation of the cross section.

研究动机与目标

• 将高能重求和扩展至包含Higgs玻色子与≥1个喷注的产生过程，该过程此前在全阶数重求和框架中尚未被处理。
• 在所有阶数的对数重求和中，完整包含顶夸克与底夸克的有限质量效应，应用于Higgs-胶子耦合。
• 通过考虑显著改变固定阶次预测之外动力学分布的对数修正，提升LHC Run 3的理论精度。
• 将重求和预测与8 TeV和13 TeV的LHC数据进行对比，重点关注对形状敏感的可观测量，如横动量与快度分离。

提出的方法

• 计算基于High Energy Jets（HEJ）框架，对$\hat{s}/p_\perp^2$中的主导对数项进行显式相空间重求和，保持精确规范不变性与动量守恒。
• 推导了新组件：Higgs电流与Lipatov顶点，用于额外胶子的贡献，从而实现多Regge极限下高能修正的重求和。
• 形式化方法中完整包含了Higgs-胶子耦合中的有限夸克质量依赖，超越了重顶近似。
• 通过从实验数据中导出的重加权因子，将重求和预测与下一阶（NLO）结果进行匹配。
• 蒙特卡洛实现支持在不同喷注多重性与动量区域中灵活、真实的预测。
• 通过将重求和HEJ预测与8 TeV和13 TeV的LHC数据及NLO结果对比，验证了该框架的有效性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在大喷注横动量与快度分离区域，$\hat{s}/p_\perp^2$中的高能对数修正如何影响Higgs+≥1喷注分布的形状？
• RQ2 与重顶近似相比，有限顶夸克与底夸克质量在多大程度上改变了重求和预测？
• RQ3 HEJ框架能否成功扩展至包含全阶数重求和与完整质量依赖的包含1喷注过程？
• RQ4 在动力学分布与归一化方面，重求和预测与NLO及LHC数据相比如何？
• RQ5 重求和对双喷注快度分离与方位角角度等可观测量有何影响？

主要发现

• 与NLO相比，重求和HEJ预测的喷注横动量谱显著更硬，且在Higgs-胶子耦合中对有限夸克质量效应表现出强烈依赖。
• 在末态粒子之间大快度分离区域，HEJ预测相比NLO被抑制高达两倍，且远低于NLO的不确定度带。
• 形状差异在涉及快度分离的分布中最为显著，而方位角分布对重求和效应的敏感性较低。
• 在重求和中完整包含顶夸克与底夸克的有限质量效应，导致在归一化后仍存在数值显著的修正。
• 结果表明，高能重求和对于Higgs+喷注过程的高精度预测至关重要，尤其在高多重性与高能末态中。
• 本工作将HEJ框架的适用范围扩展至包含1喷注的过程，并为包含完整质量依赖的更高多重性计算奠定了基础。