[论文解读] Higgs pair production at NNLO

Daniel de Florian, Javier Mazzitelli|arXiv (Cornell University)|Sep 25, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 2

一句话总结

本文在大顶夸克质量近似下，计算了大型强子对撞机（LHC）质子-质子碰撞中包括希格斯玻色子对产生过程的下一阶下一阶（NNLO）量子色动力学（QCD）修正。在√s = 14 TeV时，与下一阶（NLO）结果相比，截面提高了约20%，理论尺度依赖性显著降低，且在归一化时完整包含了顶夸克和底夸克质量效应（LO级别）。

ABSTRACT

We compute the next-to-next-to-leading order QCD corrections for Standard Model Higgs boson pair production inclusive cross section at hadron colliders within the large top-mass approximation. We provide numerical results for the LHC, finding that the corrections are large, resulting in an increase of ${\cal O}(20%)$ with respect to the next-to-leading order result at c.m. energy $\sqrt{s_H}=14\, ext{TeV}$. We observe a substantial reduction in the scale dependence, with overlap between the current and previous order prediction. All our results are normalized using the full top- and bottom-mass dependence at leading order. We also provide analytical expressions for the K factors as a function of $s_H$.

研究动机与目标

• 计算强子碰撞中包括希格斯玻色子对产生过程的下一阶下一阶（NNLO）QCD修正。
• 评估这些修正在LHC质心系能量14 TeV下的截面影响。
• 通过分析尺度依赖性和与前一阶预测的比较，减少理论不确定性。
• 通过在Leading Order（LO）级别下完整包含顶夸克和底夸克质量依赖关系，对结果进行归一化以提高精度。
• 提供作为质心系能量√sH函数的K因子的解析表达式。

提出的方法

• 采用大顶夸克质量近似，计算强子碰撞中希格斯玻色子对产生的NNLO QCD修正。
• 使用固定阶微扰QCD计算，强耦合常数αs的展开至αs^3阶。
• 在Leading Order（LO）级别下应用完整的顶夸克和底夸克质量依赖关系，以对截面进行归一化。
• 在√sH = 14 TeV下对LHC的截面进行数值计算。
• 通过改变因子化和重整化尺度，分析尺度依赖性，以评估理论不确定性。
• 推导出作为√sH函数的K因子的解析表达式，以量化高阶修正的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 在LHC中，包括希格斯玻色子对产生过程的NNLO QCD修正的大小是多少？
• RQ2 与下一阶（NLO）预测相比，这些修正如何影响理论不确定性，特别是尺度依赖性？
• RQ3 大顶夸克质量近似对希格斯玻色子对产生过程NNLO结果的准确性有多大影响？
• RQ4 在数值重叠和一致性方面，NNLO结果与前一阶预测相比如何？
• RQ5 K因子作为质心系能量√sH的函数，其解析形式是什么？

主要发现

• 在√sH = 14 TeV时，与下一阶（NLO）结果相比，NNLO QCD修正使包括希格斯玻色子对产生过程的截面增加了约20%。
• 在NNLO级别下，截面的尺度依赖性显著降低，表明理论稳定性得到改善。
• NNLO预测与前一阶（NLO）预测之间存在明确的重叠，证实了不同阶次之间的结果一致性。
• 在LO级别下完整包含顶夸克和底夸克质量依赖关系，确保了结果归一化的更高精度。
• 推导出了作为质心系能量√sH函数的K因子解析表达式，使结果可精确外推至不同能量。