[論文レビュー] NLO+NLL' accurate predictions for three-jet event shapes in hadronic Higgs decays

A. Gehrmann–De Ridder, Christian T. Preuss+2 more|arXiv (Cornell University)|Mar 11, 2024

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 2

ひとこと要約

本稿では、ハドロン的ヒッグス崩壊（H→gg および H→b̄b）における3ジェットイベント形状、およびソフトドロップ groomed ストルスを含めた、NLO+NLL′-精度の理論的予測を提示する。SHERPAフレームワークとCAESAR形式を用いた固定順序計算と再結合計算のマッチングにより、H→gg 崩壊は H→b̄b 崩壊よりも顕著に硬いイベント形状スペクトルを示すが、ソフトドロップのグローミングパラメータに応じてこの差が変化することが示された。

ABSTRACT

We present resummed predictions at next-to-leading logarithmic accuracy matched to the exact next-to-leading order results for a set of classical event-shape observables in hadronic Higgs decays, i.e., for the channels $H o gg$ and $H o b\bar{b}$. We furthermore consider soft-drop grooming of the hadronic final states and derive corresponding $ ext{NLO}+ ext{NLL}^\prime$ predictions for the groomed thrust observable. Differences in the QCD radiation pattern of gluon- and quark-initiated final states are imprinted in the event-shape distributions, offering separation power for the two decay channels. In particular, we show that ungroomed event shapes in $H o gg$ decays develop a considerably harder spectrum than in $H o b\bar b$ decays. We highlight that soft-drop grooming can substantially alter this behaviour, unless rather inclusive grooming parameters are chosen.

研究の動機と目的

• 将来のレプトン衝突機におけるハドロン的ヒッグス崩壊のイベント形状に対する高精度理論的予測を提供すること。
• イベント形状分布におけるQCD放射線パターンを通じて、グルーオン始状態とクォーク始状態を区別すること。
• 固定順序NLO結果を、NLL′精度までの大規模対数補正の再結合により拡張すること。
• ソフトドロップ グローミングが H→gg と H→b̄b 崩壊間のイベント形状識別性に与える影響を調査すること。
• パートオンシューティングアルゴリズムおよびジェットフレーバータギング研究のベンチマーク計算を提供すること。

提案手法

• H→gg および H→b̄b 崩壊の次-leading order (NLO) QCD計算を EERAD3 から利用する。
• SHERPA イベントジェネレータ内で CAESAR 形式を用いて、次-leading 対数 (NLL′) 項の全順序再結合を適用する。
• NLO 固定順序予測と NLL′ 再結合予測を乗法的マッチングスキームで結合する。
• 6つの古典的3ジェットイベント形状を検討：ストルス、Cパラメータ、ヘビー・ヘミスフェア質量、全ジェット幅およびワイドジェット幅、およびダーハムの yD23。
• β = 0, 1, 2 のソフトドロップ groomed ストルスに対する新しい NLO+NLL′ 予測を導出する。
• ソフトおよび衝突極限での妥当性を確認し、固定順序計算との比較を通じて O(αs) および O(α²s) 展開を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 H→gg および H→b̄b 崩壊におけるイベント形状分布の違いは、QCD放射線パターンの相違によってどのように生じるか？
• RQ2 ソフトドロップ グローミングは、ヒッグス崩壊におけるグルーオン始状態とクォーク始状態のジェット識別性をどの程度変化させるか？
• RQ3 NLO補正は、さまざまなイベント形状において NLL′-再結合予測にどのように影響を与えるか？
• RQ4 グローミングパラメータ（β）の影響は、H→gg と H→b̄b のソフトドロップ ストルスのピーク位置にどのような影響を及けるか？
• RQ5 マッチド NLO+NLL′ フレームワークは、3ジェットイベント形状の全対数的およびハードな位相空間領域を信頼性高く記述できるか？

主な発見

• H→gg 崩壊は H→b̄b 崩壊よりも顕著に硬いイベント形状スペクトルを示し、分布のピークはより大きな観測量値に位置する。
• Cパラメータおよびヘビー・ヘミスフェア質量において最大の NLO 補正が観察され、これはスドコフショルダー効果に起因する。
• すべての β 値において、ソフトドロップ ストルスの NLO 補正が最小であることが示され、高次の補正に対する感受性が低いことが示された。
• ソフトドロップ グローミングは、β = 0 および 1 の場合、H→b̄b 分布のピークをより大きな観測量値へシフトさせ、H→gg と H→b̄b 間の差を小さくした。
• マッチド NLO+NLL′ 予測は、ソフトおよび衝突極限と良好に一致しており、フレームワークの整合性が検証された。
• このフレームワークは、エネルギー-エネルギー相関関数の分数モーメントを含む、他の赤外安全な観測量へも拡張可能である。