[论文解读] Finite quark-mass effects in the NNLOPS POWHEG+MiNLO Higgs generator

K. Hamilton, Paolo Nason+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 19, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 17被引用 9

一句话总结

该论文将NNLOPS POWHEG+MiNLO Higgs玻色子产生生成器扩展至包含NLO精度下的有限顶夸克与底夸克质量效应，采用一种改进的矩阵元近似方法，该方法在软极限与共线极限之间插值。有限夸克质量的影响较小且可控，底夸克效应中未知对数结构带来的不确定性也处于标准尺度变化包络线内。

ABSTRACT

We include finite top- and bottom-mass effects in the next-to-next-to-leading order parton shower (NNLOPS) event generator for inclusive Higgs boson production in gluon fusion based upon the POWHEG+MiNLO approach. Since fixed-order results for quark-mass effects only reach NLO accuracy, we add them to the NNLOPS generator at that accuracy. We explore uncertainties related to the unknown all-order logarithmic structure of bottom-mass effects by comparing the assumption of full exponentiation to no exponentiation at all. Phenomenological results showing the effects of finite quark-masses in the NNLOPS simulation are presented. These suggest that the aforementioned uncertainty is well contained within the envelope of plain renormalization and factorization scale uncertainties.

研究动机与目标

• 将NNLOPS POWHEG+MiNLO Higgs玻色子产生生成器扩展至包含有限顶夸克与底夸克质量效应。
• 通过对比完全指数化与不指数化的方法，解决底夸克质量效应中缺乏所有阶对数结构的问题。
• 在排他性蒙特卡罗事件生成的背景下，提供一种物理上可行且精确的有限夸克质量Higgs产生模拟。
• 通过提高部分子簇射匹配生成器的精度，确保未来LHC Run-II测量的理论精度。

提出的方法

• 有限夸克质量效应以NLO精度包含在内，因为这些效应的固定阶结果仅在NLO精度下可用。
• 通过结合$ m_b \ll p_T \ll m_H $和$ z \to 0 $高能区域中的大-$ m_t $-小-$ m_b $极限，构建统一的矩阵元近似。
• 该近似保持了正确的软极限与共线极限行为，其破坏因子化结构的余项在$ z \to 1 $极限下趋于零。
• 通过使用有限-$ m_t $与无限-$ m_t $矩阵元的比值，在不同区域之间实现矩阵元的插值，以捕捉有限顶夸克质量依赖性。
• 通过引入调节器$ \varepsilon = m_b^2 $，避免小-$ m_b $近似中的虚假发散。
• 该方法确保与大-$ m_t $极限下的软因子化和重求和结构一致。

实验结果

研究问题

• RQ1 在NNLOPS POWHEG+MiNLO框架下，有限顶夸克与底夸克质量如何影响Higgs玻色子产生？
• RQ2 底夸克质量效应中未知的所有阶对数结构对现象学预测的影响如何？
• RQ3 有限质量效应的量级与标准重整化与因子化尺度不确定性相比如何？
• RQ4 基于插值的矩阵元近似能否在不同动力学区域中准确描述有限夸克质量效应？
• RQ5 在真实的LHC可观测量中，包含有限夸克质量是否会导致与大-$ m_t $近似产生显著偏离？

主要发现

• 在NNLOPS生成器中，有限夸克质量效应对总截面和微分分布的影响极小，可定量忽略。
• 底夸克质量效应中未知所有阶对数结构带来的不确定性，被很好地控制在标准尺度变化包络线之内。
• 现象学结果表明，有限质量修正并未改变与数据的整体符合程度，但提升了理论精度。
• 矩阵元近似成功地在软极限与共线极限之间实现插值，保持了正确的因子化行为。
• 通过比值$ \mathcal{M}_{gg\to H}^{[m_t,0]}/\mathcal{M}_{gg\to H}^{[\infty,0]} $包含有限顶夸克质量效应，成功捕捉了关键的非无限-$ m_t $修正。