[论文解读] Double Parton Scattering in Associate Higgs Boson Production with Bottom Quarks at Hadron Colliders

M. Y. Hussein|ArXiv.org|Oct 1, 2007

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用 8

一句话总结

本文研究了在大型强子对撞机（LHC）上顶夸克与底夸克联合产生过程中，双部分子散射（DPS）作为背景源的影响，表明由于部分子亮度较高，DPS在$b\bar{b}h$末态中贡献显著。通过使用因子化双部分子分布和有效截面参数$\sigma_{\text{eff}} = 1.45$ mb，研究发现DPS截面足够大，足以影响Higgs信号的探测，尤其是在带有标记底夸克喷注的强子衰变道中。

ABSTRACT

Higgs boson production in association with bottom quarks, is one of the most important discovery channels for Higgs particles in the Standard Model (SM) and its supersymmetric extension at the LHC pp collider . The theoretical prediction of the corresponding cross section has been improved by including the complete next-to-leading order QCD corrections. We review the status results for the leading order to the partonic process and present calculations for the integrated cross-section in both single and double parton scattering collisions.

研究动机与目标

• 评估双部分子散射（DPS）在大型强子对撞机上与底夸克联合产生的Higgs玻色子过程中的贡献。
• 量化与$b\bar{b}h$末态相关的DPS截面，该末态对识别强子衰变中的Higgs信号至关重要。
• 评估DPS是否在底-Yukawa耦合增强的场景（如大$\tan\beta$时的MSSM）下，对$b\bar{b}h$道产生显著的背景贡献。
• 为$ p_T(b) > 20$ GeV的末态提供理论截面预测，该末态与实验中的喷注标记相关。

提出的方法

• 本研究采用因子化双部分子分布函数（dPDFs）来模拟质子-质子碰撞中同时发生的部分子相互作用。
• 使用从CDF数据导出的有效截面参数$\sigma_{\text{eff}} = 1.45 \pm 1.7^{+1.7}_{-2.3}$ mb，以简化DPS截面的计算。
• 通过公式$\sigma_{(A,B)}^{D} = \frac{m}{2} \frac{\hat{\sigma}(A)\hat{\sigma}(B)}{\sigma_{\text{eff}}}$计算包含DPS截面，其中$m=2$对应可区分的过程。
• 利用MadGraph和HELAS计算$q\bar{q}, gg \to b\bar{b}h$的费曼图振幅，积分通过VEGAS完成。
• 分析中应用了动量切片要求$ p_T(b) > 20$ GeV，以分离出与实验标记相关的特定末态。
• 使用MRST部分子分布函数，在$\sqrt{s} = 14$ TeV下计算作为Higgs质量函数的LO截面。

实验结果

研究问题

• RQ1 双部分子散射对大型强子对撞机上Higgs玻色子产生中$b\bar{b}h$末态的贡献有多大？
• RQ2 有效截面参数$\sigma_{\text{eff}}$如何影响$b\bar{b}h$产生过程中DPS截面的预测？
• RQ3 DPS污染在$b\bar{b}h$道中对Higgs玻色子探测的影响程度如何，尤其是在强子衰变模式下？
• RQ4 对底夸克横动量（$p_T > 20$ GeV）施加动量切片如何影响DPS截面及背景抑制效果？
• RQ5 在MSSM中$\tan\beta$较大时底-Yukawa耦合增强的模型中，DPS是否可能成为$b\bar{b}h$道中的主导背景源？

主要发现

• 由于LHC中$b\bar{b}$对的高亮度，$b\bar{b}h$产生的双部分子散射截面显著。
• 使用$\sigma_{\text{eff}} = 1.45$ mb，$b\bar{b}h$产生的DPS贡献不可忽视，必须在实验分析中予以考虑。
• 在$\tan\beta$较大的情形下，底-Yukawa耦合显著增强，DPS截面随之增强，使得在MSSM等模型中$b\bar{b}h$产生成为主导过程。
• 要求$ p_T(b) > 20$ GeV的动量切片使截面降低一到两个数量级，但显著抑制了背景并提高了信号纯度。
• 尽管截面减小，由于$b\bar{b}$对产生率极高，DPS机制在强子衰变模式下仍为重要背景源。
• 本研究结论认为，应针对每个具有$b\bar{b}h$末态的强子衰变道单独分析，因其存在巨大的QCD背景。