[论文解读] Higgs boson production in association with a photon via weak boson fusion

K. Arnold, Terrance Figy+2 more|arXiv (Cornell University)|Oct 11, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 3

一句话总结

本论文在LHC上通过弱规范玻色子融合（WBF）机制，对Higgs玻色子与光子的联合产生过程进行了下一阶修正（NLO）QCD计算，结果实现于VBFNLO蒙特卡罗框架中。研究发现，截面的整体修正较小，尺度不确定度在2–4%之间；而NLO效应显著改变了关键分布的形状，特别是在高横动量区域，从而降低了理论不确定度并增强了背景抑制能力，提升了探测Hbb Yukawa耦合的潜力。

ABSTRACT

We present next-to-leading order QCD corrections to Higgs production in association with a photon via weak boson fusion at a hadron collider. Utilizing the fully flexible parton level Monte-Carlo program VBFNLO, we find small overall corrections, while the shape of some distributions is sensitive to radiative contributions in certain regions of phase-space. Residual scale uncertainties at next-to-leading order are at the few-percent level. Being perturbatively well under control and exhibiting kinematic features that allow to distinguish it from potential backgrounds, this process can serve as a valuable source of information on the $Hb\bar{b}$ Yukawa coupling.

研究动机与目标

• 为LHC上通过弱规范玻色子融合机制实现Higgs玻色子与光子联合产生的过程提供精确的理论预测。
• 通过计算信号过程的NLO-QCD修正，降低Hbb Yukawa耦合测量中的理论不确定度。
• 评估QCD辐射修正对H→b̄bγ末态中动量分布和背景抑制的影响。
• 评估在NLO修正下信号拓扑结构的鲁棒性，特别是在对新物理敏感的区域。
• 利用VBFNLO框架实现Hγjj过程的精确模拟，为未来LHC分析提供支持。

提出的方法

• 采用VBFNLO部分子级蒙特卡罗程序，计算pp→Hγjj过程的NLO-QCD修正。
• 将因子化和重整化尺度设为μF=ξFQi和μR=ξRQi，其中ξF,ξR∈[0.5,2]，以估算尺度不确定度。
• 应用WBF切片条件（Δη>2，标记喷注pT>20 GeV）以分离弱规范玻色子融合拓扑结构。
• 为加快计算速度，忽略t-和u-通道干涉项以及V→qq̄衰变，同时在相关相空间区域保持精度。
• 通过δ(O) = [dσ(ξ)/dO]/[dσ^NLO(ξ=1)/dO] − 1计算相对修正，以量化NLO对可观测量的影响。
• 从Higgs玻色子衰变产物与光子重建Hγ不变质量分布，以研究信号动力学。

实验结果

研究问题

• RQ1 通过弱规范玻色子融合机制实现Higgs玻色子与光子联合产生时，NLO-QCD修正的大小及其尺度依赖性如何？
• RQ2 NLO修正如何影响关键动量分布（如最硬标记喷注的横动量）的形状？
• RQ3 与领先阶预测相比，NLO修正在多大程度上降低了H→b̄bγ信号中理论不确定度？
• RQ4 中心光子要求在抑制QCD背景的同时，对信号率的保持效果如何？
• RQ5 费米子线与W玻色子线光子发射之间的破坏性干涉对信号率和分布形状有何影响？

主要发现

• 积分截面的NLO-QCD修正较小，所有考虑的可观测量中残余尺度不确定度均在百分之几水平（≤4%）。
• 最硬标记喷注的横动量分布形状因NLO修正而显著改变，峰值向更低pT值移动。
• 在高pT区域，横动量分布的相对修正超过10%，表明在对新物理敏感的相空间中存在显著的非平凡NLO效应。
• 对于120 GeV的Higgs玻色子，Hγ系统的不变质量分布在约165 GeV处达到峰值，NLO修正提高了重建精度。
• WBF切片使信号截面减少约两倍，与相空间抑制的预期一致。
• 由于缺乏胶子到光子的耦合以及破坏性干涉，该过程对QCD背景表现出强烈抑制，与QCD诱导背景相比，信背比提升了约3000倍。