[论文解读] Charged Higgs production with a top in MC@NLO

Tilman Plehn, C. Weydert|arXiv (Cornell University)|Dec 16, 2010

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用 7

一句话总结

本文利用MC@NLO方法，结合近似下一阶QCD修正与部分子喷射重求和，为大型强子对撞机（LHC）上顶夸克关联的带电Higgs玻色子产生提供了精确的理论框架。结果表明，一致地包含底夸克辐射与顶夸克衰变运动学，可实现对喷射谱和打标效率的可靠预测；在五 flavor方案中，底夸克质量依赖性可忽略不计，且在不同重整化与因子化尺度变化下结果稳定。

ABSTRACT

The production in association with a top quark is the most promising search channel for charged Higgs bosons at the LHC. We review its theoretical description including next-to-leading order corrections and the combination with a parton shower. The latter allows us to for the first time answer questions about the kinematics of all jets in the process. We then describe the consistent subtraction of intermediate states and present new results about the bottom mass uncertainty impacting the parton densisities.

研究动机与目标

• 为LHC上带电Higgs玻色子与顶夸克关联产生提供一致的理论描述，包含高阶QCD修正。
• 通过结合NLO计算与部分子喷射，解决四 flavor 与五 flavor 方案在部分子密度描述中的差异。
• 实现对喷射辐射（特别是初始态底夸克与顶夸克衰变）的精确模拟，以改进实验分析。
• 量化五 flavor 方案中底夸克质量不确定性对部分子密度与产生率的影响。
• 在存在非本征态顶夸克衰变的情况下，建立一种唯一且规范不变的减法方案，以分离本征态顶夸克对产生与关联tH⁻产生。

提出的方法

• 在NLO下实现tH⁻产生的五 flavor 与四 flavor 方案，采用一致的因子化与重整化尺度选择。
• 采用MC@NLO方法将固定阶NLO矩阵元与部分子喷射重求和相结合，确保所有相空间区域中喷射运动学的准确性。
• 应用逐点相空间减法方案，利用物理顶夸克宽度作为调节器，分离本征态顶夸克对产生与关联tH⁻产生。
• 引入顶夸克衰变宽度与Breit-Wigner传播子，以在完整NLO计算中建模非本征态效应。
• 使用PROSPINO框架结合窄宽度极限，实现规范不变的减法，确保顶夸克衰变处理的一致性。
• 在一系列Higgs质量与LHC能量（7与14 TeV）下对截面进行数值评估，并通过尺度变化评估理论不确定性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在总截面与喷射分布方面，tH⁻产生的四 flavor 与五 flavor 方案如何比较？与胶子喷射中的共线对数效应有何关联？
• RQ2 部分子喷射效应在多大程度上改变了顶-Higgs系统与辐射底夸克喷射的横动量与快度谱？
• RQ3 来自初始态辐射的辐射底夸克喷射的运动学特征是否可与顶夸克衰变产生的底夸克喷射相区分？
• RQ4 在实际实验条件下，辐射底夸克喷射被标记或探测的可能性有多大？其依赖于探测器接受度的程度如何？
• RQ5 输入底夸克质量对五 flavor 方案中部分子密度函数及tH⁻产生率的数值影响如何？

主要发现

• tH⁻产生的五 flavor 与四 flavor NLO计算在总截面上表现出良好一致性，分布差异主要源于喷射建模的差异。
• MC@NLO中引入部分子喷射后，解决了NLO固定阶计算中顶-Higgs系统在低横动量区域的pT分布发散问题，提供了稳定且物理的描述。
• 来自初始态辐射的辐射底夸克喷射比来自顶夸克衰变的喷射更软，两者在相空间中可被区分，打标效率取决于探测器接受度。
• 五 flavor 方案中底夸克质量依赖性被共线对数抑制，对总截面不确定性贡献小于1%。
• 在Higgs质量阈值mH = mt附近，减去后的tH⁻产生率的K因子保持平坦，表明微扰行为稳定。
• 在14 TeV下，tH⁻产生的NLO截面范围从mH = 500 GeV时的0.12 pb到mH = 200 GeV时的1.4 pb，尺度变化在中心尺度的±15%以内。