[论文解读] Diffractive Higgs production

A. D. Martin, V. A. Khoze+1 more|ArXiv.org|Jul 26, 2005

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 2被引用 5

一句话总结

本文提出在大型强子对撞机（LHC）上通过衍射过程实现胶子自发放射的Higgs玻色子产生，作为一种清洁且高精度的研究Higgs场的方法，利用快度空隙和Sudakov形式因子抑制本底并稳定微扰QCD计算。在300 fb⁻¹亮度下，预测可观测到约100个Higgs事件，信号与本底比接近1，从而实现对质量与量子数的精确测量。

ABSTRACT

We review the advantages of observing exclusive diffractive Higgs production at the LHC. We note the importance of the Sudakov form factor in predicting the event rate. We discuss briefly other processes which may be used as `standard candles'.

研究动机与目标

• 将独家衍射Higgs产生确立为大型强子对撞机（LHC）上Higgs玻色子研究的一种可行且精确的方法。
• 量化中心独家产生（CEP）在本底抑制与测量精度方面的优势。
• 评估Sudakov形式因子在稳定微扰QCD计算截面过程中的作用。
• 提出诸如二胶子喷注或底粲强子产生等高亮度过程作为校准独家Higgs信号的“标准烛光”。
• 探索在规范超对称（SUSY）情形下，当传统包含式Higgs产生被抑制时，独家信号是否可能增强。

提出的方法

• 采用双Pomeron交换机制，两个质子完整出射，Higgs玻色子在快度空隙中产生。
• 应用Sudakov形式因子抑制$Q_t$-积分中的红外发散，确保微扰QCD的适用性。
• 使用非对称分布建模未积分的胶子密度$f_g(x,x',Q_t^2,\nu^2)$，并通过$T_g(Q_t,\nu) = \exp\left(-\int_{Q_t^2}^{\nu^2} \frac{\alpha_S(k_t^2)}{2\pi} \frac{dk_t^2}{k_t^2} \cdots \right)$引入Sudakov $T$-因子。
• 依赖生存概率$\hat{S}^2 = 0.026$以考虑可能填满快度空隙的软散射效应。
• 使用$H \to gg$宽度归一化截面，振幅与$|N \int \frac{dQ_t^2}{Q_t^4} f_g f_g|^2$成正比。
• 提出二胶子喷注与$\chi_c$产生作为高亮度校准过程（“标准烛光”），因其动力学相似但截面更高。

实验结果

研究问题

• RQ1 在LHC上，独家衍射Higgs产生能否实现对Higgs玻色子质量的高精度测量，分辨率$\sigma(M) \sim 1$ GeV？
• RQ2 Sudakov形式因子如何稳定中心独家截面的微扰QCD计算，防止红外发散？
• RQ3 在通过$H \to b\bar{b}$产生的独家Higgs过程中，信号与本底比是多少？在经过接受度截断后能否达到1？
• RQ4 独家二胶子喷注或$\chi_c$产生等过程能否作为可靠的“标准烛光”来校准独家Higgs信号？
• RQ5 在SUSY参数空间的哪些区域，独家Higgs信号相对于包含模式得到增强？

主要发现

• 独家Higgs截面预测为$\sigma_{\text{excl}}(H) \sim 10^{-4} \sigma^{\text{tot}}_{\text{incl}}(H)$，在$300~\text{fb}^{-1}$亮度下可产生约100个可观测事件。
• Sudakov形式因子确保了$Q_t$-积分的红外有限性，并使截面随$M^{-3.3}$衰减（当$M \sim 120$ GeV时），防止高估。
• 生存概率$\hat{S}^2 = 0.026$考虑了可能破坏快度空隙的软散射效应。
• $J_z = 0$选择规则抑制了主导阶QCD $b\bar{b}$本底，使$H \to b\bar{b}$的观测变得清晰。
• 独家$\chi_c$产生截面估计为$\sim 50$ pb（CDF），与KMR预测一致，可作为校准基准。
• 在某些SUSY情形下，独家信号增强达10倍或以上，而本底保持不变，从而可实现对$h$与$H$玻色子的探测。