[논문 리뷰] Jet veto resummation for STXS $H+$1-jet bins at aNNLL$'$+NNLO

Pedro Cal, Matthew A. Lim외 3명|arXiv (Cornell University)|2024. 01. 01.

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 LHC에서 힉스 보손과 일차 겔러리의 생성에서 제트-보이팅 로그의 다음 다음 최고차수 로그(_nnLL′_). 이는 다음 다음 최고차수(QCD)에 매칭된다. 이는 전역 및 소프트-결합성 기여를 소프트 함수에서 분리하는 개선된 분리 프레임워크를 도입하여, 더 높은 섭동 정밀도를 확보함으로써 STXS H+1-jet 밴드에 대한 정확한 예측을 가능하게 한다. 이는 아직 알려지지 않은 고차항 성분을 이론적 노이즈 매개변수로 매개변수화한 경우에도 성립한다.

ABSTRACT

Measurements of Higgs boson processes by the ATLAS and CMS experiments at the LHC use Simplified Template Cross Sections (STXS) as a common framework for the combination of measurements in different decay channels and their further interpretation, e.g. to measure Higgs couplings. The different Higgs production processes are measured in predefined kinematic regions -- the STXS bins -- requiring precise theory predictions for each individual bin. In gluon-fusion Higgs production a main division is into 0-jet, 1-jet, and $\geq 2$-jet bins, which are further subdivided in bins of the Higgs transverse momentum $p_T^H$. Requiring a fixed number of jets induces logarithms $\ln p_T^{\mathrm{cut}}/Q$ in the cross section where $p_T^{\mathrm{cut}}$ is the jet-$p_T$ threshold and $Q\sim p_T^H\sim m_H$ the hard-interaction scale. These jet-veto logarithms can be resummed to all orders in perturbation theory to achieve the highest possible perturbative precision. We provide state-of-the art predictions for the $p_T^H$ spectrum in exclusive $H+$1-jet production and the corresponding $H+$1-jet STXS bins in the kinematic regime $p_T^{\mathrm{cut}} \ll p_T^H\sim m_H$. We carry out the resummation at NNLL$'$ accuracy, using theory nuisance parameters to account for the few unknown ingredients at this order, and match to full NNLO. We revisit the jet-veto factorization for this process and find that it requires refactorizing the total soft function into a global and soft-collinear contribution in order to fully account for logarithms of the signal jet radius. The leading nonglobal logarithms are also included, though they are numerically small for the region of phenomenological interest.

연구 동기 및 목표

• LHC에서 배제적 H+1-jet 생성에서 힉스 횡방향 운동량 스펙트럼에 대한 최신 이론적 예측을 제공하기 위해.
• STXS H+1-jet 밴드에 대해 제트-보이팅 로그 재결합을 _nnLL′_ 정밀도로 확장하여 이전의 _nLL′_ 결과보다 섭동 정밀도를 향상시키기 위해.
• 기존의 표준 분리에서 간과되었던 소프트 함수 내에서 제트 반경과 클러스터링 효과로 인한 로그 강화 문제를 해결하기 위해.
• 비전역 로그를 포함하고 소프트 함수를 전역 및 소프트-결합성 성분으로 재분리하여 로그 구조를 완전히 포착하기 위해.
• 모르는 고차항 섭동 성분을 위한 불확실성 추정을 위해 프ofile 스케일 변동과 이론적 노이즈 매개변수(TNPs)를 사용하여 _nnLL′_ 수준에서의 불확실성 추정을 위해.

제안 방법

• 신호 제트 반경의 로그를 고려하기 위해 총 소프트 함수를 전역 및 소프트-결합성 성분으로 재분리하여, _p^T_^{H} ∼ m_H 일 때 _p^T_^{cut}_T ≪ _p^T_^{H} 인 운동역학 영역에서 중요한 영향을 미친다.
• 경계 조건과 하드, 비드, 제트, 소프트 함수의 재정규화 그룹 진화를 통해 유도된 비정상성 차수를 사용하여 _nnLL′_ 정밀도로 재결합을 수행한다.
• 전이 스케일에서 일관성을 확보하기 위해 고정 순서 NNLO 계산과 재결합 절차를 매칭한다.
• 비현실적인 영역에서는 수치적으로 작지만, 소프트 함수에 주로 비전역 로그를 포함한다.
• 모르는 고차항 섭동 성분을 이론적 노이즈 매개변수(TNPs)로 매개변수화하여 추가적인 불확실성 원천으로 간주한다.
• 일주위에서 소프트 함수와 비정상성 차수의 분석적 및 수치적 점검을 통해 싱귤레이션 구조를 검증한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 제트 반경과 클러스터링 효과를 고려하여 H+1-jet 생성에서 제트-보이팅 로그를 _nnLL′_ 정밀도로 재결합하는 방법은 무엇인가?
• RQ2 소프트 함수를 전역 및 소프트-결합성 성분으로 분리함으로써 재결합 정밀도와 현상학적 예측에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 비전역 로그는 STXS 운동역학 영역에서 H+1-jet 단면적에 어떤 영향을 미치며, 재결합에 신뢰성 있게 포함될 수 있는가?
• RQ4 aNNLL′+NNLO에서 프로파일 스케일과 TNPs를 사용할 때, NLL′+NLO 및 순수 NNLO에 비해 섭동 불확실성은 어느 정도 감소하는가?
• RQ5 이론적 노이즈 매개변수는 _nnLL′_ 재결합에서 누락된 고차항 보정에 의한 불확실성을 정량화하는 데 어떤 역할을 하는가?

주요 결과

• 논문은 신호 제트 반경으로 인한 로그 강화를 포착하기 위해 필수적인 전역 및 소프트-결합성 기여를 분리하는 개선된 소프트 함수 분리 구조를 유도한다.
• aNNLL′+NNLO 재결합은 TNPs로 알려지지 않은 성분을 매개변수화한 경우조차도 NLL′+NLO 및 순수 NNLO에 비해 섭동 불확실성을 크게 감소시킨다.
• 비전역 로그는 재결합에 포함되었지만, _p^T_^{cut}_T ≪ _p^T_^{H} ∼ m_H 인 현상학적 관심 영역에서는 수치적으로 작다.
• 일주위 소프트 함수는 해석적으로 계산되었으며, 제트 반경 RJ, 제트 빠르기 yJ, 제트-pT 임계값 pcut_T에 대한 명시적 의존성을 보여준다.
• 소프트 함수는 RJ에 대한 고차항 보정을 포함하며, −4 ln²RJ 및 8 ln(μ / pcut_T) ln RJ 등의 항이 포함되어 있어, 보이팅된 위상공간의 정확한 기술에 필수적이다.
• 프로파일 스케일 변동과 이론적 노이즈 매개변수를 사용하여 불확실성 추정을 수행하였으며, 후자는 _nnLL′_ 수준에서 누락된 고차항 섭동 보정에 기인한 불확실성을 반영한다.