[论文解读] Higgs production plus two jets at hadron colliders

V. Del Duca, William B. Kilgore+3 more|ArXiv.org|Sep 17, 2001

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 3

一句话总结

本论文对胶子融合过程中的Higgs玻色子与两束喷注产生进行了下一阶修正的计算，包含完整的顶夸克质量依赖性，并与大顶夸克质量极限下的结果进行比较。结果表明，当Higgs玻色子质量低于200 GeV且喷注横向动量低于顶夸克质量时，大顶夸克质量近似依然准确；而喷注的角相关性——特别是快度分离和方位角去相关性——能有效区分大型强子对撞机（LHC）上胶子融合与弱玻色子融合过程。

ABSTRACT

In this talk we present a calculation of Higgs production via gluon fusion in association with two jets, including the full top-quark mass dependence, and compare it to the large top-mass limit. We find that the large top-mass limit is a good approximation as long as the Higgs mass is smaller than the top quark pair mass, and the jet transverse energies are smaller than the top mass. In addition, we compare Higgs production via gluon fusion and via weak-boson fusion, and consider final-state distributions, like the rapidity interval between the jets and the jet-jet azimuthal decorrelation, which may allow us to distinguish one fusion process from the other.

研究动机与目标

• 评估在强子对撞机中，Higgs + 两喷注通过胶子融合产生时，大顶夸克质量近似的有效性。
• 比较LHC上胶子融合与弱玻色子融合对Higgs + 两喷注末态的贡献。
• 识别能够区分胶子融合与弱玻色子融合机制的运动学可观测量，如快度分离与方位角去相关性。
• 评估喷注横向动量与二喷注不变质量对大顶夸克质量极限可靠性的影响。
• 探索方位角相关性作为探测WWH耦合张量结构的潜力，以探测标准模型之外的新物理。

提出的方法

• 使用一阶虚辐射与实辐射图，对胶子融合过程中Higgs + 两喷注产生进行下一阶强子微扰论计算，包含完整的顶夸克质量依赖性。
• 将结果与大顶夸克质量极限下的结果进行比较，后者用有效Hgg顶点取代顶夸克圈图，使计算简化为两圈阶。
• 应用最小与弱玻色子融合特异性截断条件：$p_{j\bot} > 20$ GeV，$|η_j| < 5$，$R_{jj} > 0.6$，$m_{jj} > 600$ GeV，以分离弱玻色子融合事件。
• 使用蒙特卡洛积分法，设定因子化尺度 $\mu_f = \sqrt{p_{1\perp}p_{2\perp}}$ 与 $\alpha_s(M_Z) = 0.12$，计算截面。
• 分析两喷注之间快度分离 $\Delta\eta_{jj}$ 与方位角 $\phi_{jj}$ 的微分分布，以区分产生机制。
• 评估截面对于重整化尺度变化的敏感性，发现胶子融合通道中存在强烈依赖性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在LHC上，Higgs + 两喷注通过胶子融合产生时，大顶夸克质量近似有多准确？
• RQ2 在中等Higgs质量范围内，喷注横向动量与二喷注不变质量在多大程度上使大顶夸克质量极限失效？
• RQ3 两喷注之间的快度分离能否有效抑制胶子融合贡献并增强弱玻色子融合信号？
• RQ4 胶子融合与弱玻色子融合过程中，两喷注之间的方位角相关性有何不同？
• RQ5 方位角去相关分布能否作为探测标准模型之外异常WWH耦合的探针？

主要发现

• 当Higgs质量低于200 GeV且喷注横向动量低于顶夸克质量时，大顶夸克质量极限能对完整顶夸克质量计算提供极佳的近似。
• 在 $m_H \approx 2m_t$ 处的阈值增强效应在完整计算与大顶夸克质量极限计算中均被良好再现，证实了该近似在高质质量区的鲁棒性。
• 在弱玻色子融合特异性截断条件下，对于100至200 GeV之间的Higgs质量，弱玻色子融合的贡献比胶子融合高出约三倍。
• 弱玻色子融合中两喷注的快度分离显著大于胶子融合事件，使其成为有效的区分手段。
• 弱玻色子融合中方位角分布为平坦，而胶子融合中由于CP不变的 $HG_{\mu\nu}G^{\mu\nu}$ 耦合，呈现出特征性结构，从而可清晰区分两种机制。
• 方位角去相关分布可区分CP不变与CP奇异常WWH耦合，为探测标准模型之外的新物理提供了有效探针。