[論文レビュー] Monte Carlo study of gg->H+jets contribution to Vector Boson Fusion Higgs production at the LHC

M. Vázquez Acosta, A. Nikitenko|arXiv (Cornell University)|May 24, 2007

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 21被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、LHCにおけるVBFヒッグスボソン生成における$gg\rightarrow H+\text{jets}$過程の汚染を評価するために、MLMジェット・パートンマッチングを用いたALPGENおよびPYTHIAモンテカルロシミュレーションを実施した。120 GeVのヒッグスボソン質量において、VBFイベント選別と中央ジェット遮断を施した後、汚染は4–5%であった。この結果は、事前選別条件やパートンシャワーチューニングの変更に対しても安定している。

ABSTRACT

The contribution of gg->H+jets production process to the vector boson fusion production of the Higgs boson, VV->H, at LHC was evaluated with the ALPGEN generator and the PYTHIA shower Monte Carlo including a jet-parton matching procedure. After the experimental like event selections applied at PYTHIA particle level, the contribution was found to be 4-5 % for a Higgs boson mass of 120 GeV.

研究の動機と目的

• LHCにおけるVBFヒッグスボソン生成における$gg\rightarrow H+\text{jets}$過程の寄与を定量化すること。
• 現実的なイベント選別を用いて、QCD放射とジェット活動がVBF信号純度に与える影響を評価すること。
• 中央ジェット遮断が$gg\rightarrow H+\text{jets}$背景を抑制しつつVBF信号イベントを保持する効果を評価すること。
• 異なるALPGENサンプル生成戦略およびPYTHIAチューニングパラメータに対して、結果の安定性を検証すること。

提案手法

• ALPGEN 2.06を用いたイベント生成。$gg\rightarrow H+\text{jets}$過程における二重カウントを回避するため、MLMジェット・パートンマッチングを適用。
• パートンレベルのカットを適用：$p_T^j > 20$ GeV、$|\eta^j| < 5$、$\Delta r_{jj} > 0.5$、およびソフトVBF事前選別：$M_{j1j2} > 600$ GeV および $|\Delta\eta^{j1j2}| > 4$。
• PYTHIA 6.409を用いてパートンシャワーリング、ハドロン化、およびシンプルコーンアルゴリズム（$R=0.5$、シード閾値2 GeV）によるジェット再構築を実施。
• 粒子レベルでのVBFイベント選別を適用：$E_T^j > 30$ GeV、$|\eta^j| < 4.5$、$M_{j1j2} > 1000$ GeV、$|\Delta\eta^{j1j2}| > 4.5$、および $\eta^{j1}\times\eta^{j2} < 0$。
• 中央ジェット遮断を適用：$\eta^{j_{\min}}+0.5 < \eta^{j3} < \eta^{j_{\max}}-0.5$ の領域に$E_T^{j3} > 30$ GeV の第3ジェットが存在するイベントを除外。
• 異なるALPGENサンプルセット（最大3または4ジェット）およびPYTHIAチューニング（DWTおよびA）におけるクロスセクションを計算・比較し、安定性の検証を実施。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 120 GeVのヒッグスボソンに対して、標準的なVBFイベント選別を通過する$gg\rightarrow H+\text{jets}$イベントの割合はどれくらいか？
• RQ2 中央ジェット遮断は、$gg\rightarrow H+\text{jets}$背景を効果的に抑制しつつ、VBF信号をどれほど保持できるか？
• RQ3 ALPGEN生成におけるソフトVBF事前選別を含めるかどうかが、結果に与える感度はどの程度か？
• RQ4 ALPGENサンプル構成（最大3ジェット対比4ジェット）の違いが、最終的な汚染推定値に与える影響は何か？
• RQ5 PYTHIAの基礎イベントチューニングパラメータの変更に対して、結果はどれほどロバストか？

主な発見

• VBFイベント選別後、$gg\rightarrow H+\text{jets}$の断面積は31.3 fbであり、$qq\rightarrow qqH$の492.3 fbと比較して、約6%の汚染が生じた。
• 中央ジェット遮断を適用した後、$gg\rightarrow H+\text{jets}$の断面積は16.4 fbに減少し、$qq\rightarrow qqH$信号に対する汚染は4%に低下した。
• $gg\rightarrow H+1\text{ jet}$イベントが全$gg\rightarrow H+\text{jets}$に対して占める割合はわずか約1%であり、単一ジェット最終状態からの寄与は最小限であることが示された。
• 中央ジェット遮断の効率は、VBF信号イベントで95%、$gg\rightarrow H+\text{jets}$背景で52%であり、非VBF寄与の抑制に有効であることが確認された。
• ソフトVBF事前選別を省略した場合や、ALPGENサンプルを4ジェットから3ジェットに切り詰めた場合でも、結果の変動は約25%以内に収まり、安定性が確認された。
• PYTHIAチューニングDWTとAの間で顕著な差は認められず、基礎イベントモデルの変更に対しても結果のロバストネスが示された。