[論文レビュー] NNLOPS accurate associated HZ production with NLO decay ${ m{H}} o b\bar{b}$

William Astill, Wojciech Bizoń+2 more|arXiv (Cornell University)|Apr 22, 2018

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 45被引用数 6

ひとこと要約

本稿では、13 TeV LHCにおける関連的HZ生成について、完全に微分的なNNLOPS精度を持つモンテカルロ生成器を提示する。HZ生成におけるNNLO QCD補正と、H→b̄b崩壊におけるNLO QCD補正、およびパートンシャワー効果をマッチングしている。この手法は、多変数微分的フェーズスペースを介して、MiNLOイベントの再重み付けによりNNLOボーン分布に一致させ、O(αs²)における顕著なgg→HZ寄与を含んでおり、インバリアント質量および横運動量分布への影響を検証している。

ABSTRACT

We present a next-to-next-to-leading order (NNLO) accurate description of associated HZ production, followed by the Higgs boson decay into a pair of $b$-quarks treated at next-to-leading order (NLO), consistently matched to a parton shower (PS). The matching is achieved by performing reweighting of the $ exttt{HZJ-MiNLO}$ events, using multi-dimensional distributions that are fully-differential in the HZ Born kinematics, to the NNLO results obtained by using the $ exttt{MCFM-8.0}$ fixed-order calculation. Additionally we include the $gg o m{HZ}$ contribution to the discussed process that appears at the $\mathcal{O}(α_s^2)$. We present phenomenological results obtained for 13 TeV hadronic collisions.

研究の動機と目的

• 関連的HZ生成においてNNLO精度を達成すると同時に、H→b̄b崩壊においてNLO精度を維持し、パートンシャワー効果とマッチングすること。
• O(αs²)におけるループ誘導型gg→HZチャネルを含め、特にtt̄閾値付近およびその上での寄与が顕著であることを考慮すること。
• 固定順序のNNLO結果とパートンシャワーとの一貫性あるマッチング手順を、MiNLOイベントの再重み付けを用いて開発すること。
• LHEレベルでのMCFM-8.0との比較により実装を検証し、フィデューシャル補正およびシャワー効果を評価すること。
• Run II LHCにおける精度の高いヒッグス結合およびHZ生成研究のための現象論的に頑健なツールを提供すること。

提案手法

• NNLO MCFM-8.0計算から得られる多変数分布を用いて、MiNLO HZ+1ジェットイベントを再重み付けし、HZ生成におけるNNLO精度を達成する。
• MiNLO手法を用いてHZおよびHZ+1ジェット過程を統合し、統合されたフェーズスペースにおけるNLO精度を保証する。
• POWHEG-BOX-RESに共鳴に配慮した行列要素処理を実装し、HおよびZの崩壊（H→b̄bおよびZ→ℓ⁺ℓ⁻を含む）を適切に扱う。
• O(αs²)におけるgg→HZ寄与を別々のチャネルとして追加し、主なHZ生成振幅に一貫して組み込む。
• HZ生成頂点およびZ崩壊頂点に対して、適切なスピンおよび偏光相関を考慮した共変テンソル分解を用いて全振幅を構築する。
• LHEレベルでの比較により、実装を検証する。具体的には、インバリアント質量および横運動量の微分的分布をMCFM-8.0の結果と照合する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 O(αs²)におけるgg→HZループ誘導型チャネルの含め方が、NNLO精度でのHZ生成の微分的分布にどのように影響するか？
• RQ2 HZ生成におけるNNLO補正とH→b̄b崩壊におけるNLO補正が、bジェットおよびHZ系の運動量分布に及ぼす影響の程度はどの程度か？
• RQ3 MiNLO再重み付け手順は、全イベント生成におけるパートンシャワー効果を保持しつつ、NNLO結果を正確に再現できるか？
• RQ4 フィデューシャルカットは、支配的HZ生成モードと比較して、gg→HZチャネルの相対的寄与および補正の大きさにどのように影響するか？
• RQ5 NNLOPS精度のシミュレーションが、ヒッグスの横運動量やHZインバリアント質量といった主要な観測量に与える数値的影響はどの程度か？

主な発見

• HZNNLOPSジェネレータは、LHEレベルでMCFM-8.0の結果を正確に再現しており、NNLO精度の再重み付け手順の正当性が検証された。
• gg→HZ寄与は顕著であり、特にtt̄閾値付近およびその上では、閾値をはるかに超えても補正が大きく残る。
• フィデューシャルカットにより、gg→HZ寄与の相対的寄与が増大する。これは、標準のHZモード（45％）と比較して、gg→HZの受容率が高いため（60％）。
• ヒッグスの横運動量が高くなると、gg→HZチャネルの影響が速やかに減少する。これは、グルーオン始状態のHZ生成と比較して、pTスペクトルがよりソフトであることを示唆している。
• H→b̄b崩壊におけるNLO補正の含め方は、特にブースト状態の領域でbジェット運動量の正確なモデル化に不可欠である。
• NNLOPS精度のシミュレーションは、LHCにおける精度の高いヒッグス結合測定およびHZ信号抽出のための頑健なフレームワークを提供する。