[论文解读] Higgs characterisation: NLO and parton-shower effects

Federico Demartin, Kentarou Mawatari+2 more|arXiv (Cornell University)|May 26, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 5

一句话总结

本论文为大型强子对撞机（LHC）上单顶夸克与希格斯玻色子的联合产生过程提供了近领先阶（NLO）量子色动力学（QCD）和部分子簇射精确的预测，重点研究了顶夸克-希格斯耦合中的CP破坏效应。结果表明，tH过程对顶-希格斯相互作用中的CP混合极为敏感，且在不同味方案与部分子分布函数（PDF）集合下，理论不确定度得到了仔细量化。

ABSTRACT

We present the Higgs Characterisation (HC) framework to study the properties of the Higgs boson observed at 125 GeV. In this report, we focus on CP properties of the top-quark Yukawa interaction, and show predictions at next-to-leading order accuracy in QCD, including parton-shower effects, for Higgs production in association with a single top quark at the LHC.

研究动机与目标

• 使用希格斯表征（HC）框架研究顶夸克Yukawa耦合的CP性质。
• 为13 TeV LHC上的tH产生过程提供NLO QCD精确预测，包含部分子簇射匹配。
• 量化来自尺度、PDF、αs、mb以及4F/5F味方案不一致的理论不确定度。
• 评估tH产生过程对顶-希格斯相互作用中CP破坏相位的敏感性。
• 通过HC框架在MadGraph5_aMC@NLO中实现交叉截面与分布的自动化计算。

提出的方法

• 采用基于有效场论（EFT）方法的希格斯表征（HC）框架，引入一个自旋为0的粒子X₀，通过CP破坏型相互作用与顶夸克耦合。
• 有效拉格朗日量通过cosα和sinα引入CP混合，Higgs与赝标量耦合的重标度参数分别为κHtt和κAtt。
• 使用MadGraph5_aMC@NLO计算NLO QCD修正，自动生成4F与5F方案下的tH过程。
• 通过Pythia8引入部分子簇射效应，实现微分分布的NLO+PS匹配预测。
• 通过改变重整化/因子化尺度、PDF集合（NNPDF2.3、MSTW2008、CT10）、αs与mb来评估理论不确定度，合并估算误差。
• 4F+5F联合预测定义为两种方案下最大值与最小值的平均值，以估计味方案不确定度。

实验结果

研究问题

• RQ1 tH产生过程对由α参数化的顶-希格斯耦合中CP破坏相位的敏感性如何？
• RQ2 NLO QCD与部分子簇射效应对13 TeV下tH截面与希格斯玻色子横向动量分布的影响是什么？
• RQ3 4F与5F味方案的理论不确定度如何影响tH截面预测？
• RQ4 不同PDF集合（NNPDF2.3、MSTW2008、CT10）对tH截面及其不确定度的影响如何？
• RQ5 CP混合角α如何影响tH与t̄tH产生截面，同时保持SM胶子融合速率不变？

主要发现

• 在13 TeV LHC下，使用NNPDF2.3 PDF，4F方案中tH截面的中心值为69.81 fb，5F方案中为74.80 fb。
• 在4F+5F联合预测中，tH + t̄H通道的总理论不确定度（包括尺度、PDF、αs与mb）达到约3%。
• 使用NNPDF2.3 PDF时，4F+5F联合不确定度达到±10.1%，表明味方案依赖性显著。
• 在NLO+PS精度下，Higgs玻色子的pT分布显示4F与5F方案之间存在明显差异，尤其在高pT区域。
• 当α = 90°时，tH截面相比SM降低约20%，而γγ衰变宽度比SM降低约10%。
• t̄tH截面对α的敏感性低于tH，但仍表现出约10%的范围变化。