[论文解读] Soft gluon resummation at fixed invariant mass for associated $t\bar{t}H$ production at the LHC

Anna Kulesza, Leszek Motyka+2 more|arXiv (Cornell University)|Sep 6, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 9被引用 3

一句话总结

本文在LHC的top夸克对-Higgs玻色子关联产生（$pp \to t\bar{t}H$）过程中，针对不变质量阈值极限，提出了下一阶对数（NLL）软胶子重求和的Mellin矩空间方法。与NLO预测相比，该方法将理论不确定性降低了20–30%，并在微分分布中提升了稳定性，尤其在包含$\mathcal{O}(\alpha_s)$非对数修正时表现更优。

ABSTRACT

In the following we present our results on resummation of invariant mass threshold corrections for the $2 o 3$ type hadronic production processes in the Mellin moment space formalism. This method is applied to the associated Higgs boson production process $pp o t \bar{t} H$ at the LHC. The results for the total cross section, the differential distribution with respect to the invariant mass and their uncertainties are presented.

研究动机与目标

• 通过在不变质量阈值极限下对$pp \to t\bar{t}H$过程中的软胶子修正进行重求和，提升LHC上该过程的理论精度。
• 在总截面与微分截面中，将尺度不确定性的降低程度超越NLO精度。
• 将Mellin空间重求和形式扩展至具有重最终态粒子和复杂色荷结构的$2\to3$过程。
• 评估$\mathcal{O}(\alpha_s)$非对数修正对重求和预测的影响。
• 比较不变质量阈值重求和与绝对阈值重求和在尺度依赖性与K因子方面的表现。

提出的方法

• 采用Mellin矩空间形式，对包含重色粒子的$2\to3$过程中的软胶子修正进行NLL精度的重求和。
• 使用色空间基来处理$t\bar{t}H$产生中的非平凡色流，涵盖$q\bar{q}$、$gg$和$qg$初态。
• 在不变质量极限下，计算具有完整动量依赖性的单圈软异常维数矩阵，适用于非对角色结构。
• 通过系数$C^{(1)}_{ij\to t\bar{t}H}$引入$\mathcal{O}(\alpha_s)$非对数修正，以提升纯对数重求和之外的精度。
• 在Mellin空间中应用重求和截面公式$\frac{d\hat{\sigma}^{\rm (res)}}{dQ^2} = \sum_{I,J} H_{IJ} \tilde{S}_{JI} \Delta^{i}_{N+1} \Delta^{j}_{N+1}$，并结合尺度变化。
• 采用七点尺度变化方法估算理论不确定性，并与NLO结果进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 在LHC的$pp \to t\bar{t}H$过程中，不变质量阈值极限下的软胶子修正如何影响总截面？
• RQ2 与NLO预测相比，NLL软胶子重求和在多大程度上降低了尺度不确定性？
• RQ3 非对数$\mathcal{O}(\alpha_s)$修正对重求和截面有何影响？
• RQ4 在稳定性与K因子方面，不变质量阈值重求和与绝对阈值重求和相比如何？
• RQ5 在具有重最终态的$2\to3$过程中，色结构与软异常维数矩阵起什么作用？

主要发现

• 在$\sqrt{S} = 14$ TeV下，$pp \to t\bar{t}H$的NLO+NLL预测为$619_{-2.4\%}^{+5.2\%}$ fb，引入$C^{(1)}_{ij\to t\bar{t}H}$系数后，K因子为1.01。
• 与NLO相比，尺度不确定性降低了约20–30%，七点方法在14 TeV下给出$\pm6.4\%$负误差与$+5.2\%$正误差。
• $C^{(1)}_{ij\to t\bar{t}H}$系数的影响大于仅依赖对数修正的情况，尤其在高尺度下，表明非阈值区域的重要性。
• 在中心尺度下，不变质量分布对高阶软胶子修正保持稳定，不确定性带显示最小畸变。
• 与绝对阈值重求和相比，不变质量重求和产生的K因子更小，且不确定性降低更显著。
• 由于$qg$通道的贡献（在NLO下未被重求和），从NLO到NLO+NLL的总截面略有增加。