[论文解读] HIGLU: A Program for the Calculation of the Total Higgs Production Cross Section at Hadron Colliders via Gluon Fusion including QCD Corrections

M. Spira|ArXiv.org|Oct 19, 1995

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 124

一句话总结

HIGLU 是一个 FORTRAN 程序，用于计算强子对撞机中通过胶子融合产生希格斯玻色子的总截面，包含标准模型及其最小超对称扩展（MSSM）中 CP 不变和 CP 奇异希格斯玻色子的下一阶微扰 QCD 修正。该程序使用部分子亮度函数和基于 VEGAS 的数值积分方法计算总截面和微分散截面，结果显示，与领先阶结果相比，QCD 修正可使截面增强最多达两倍。

ABSTRACT

A program for the calculation of the total Higgs production cross section via gluon fusion at hadron colliders including next--to--leading order QCD corrections is presented. It is suitable especially for Standard Model Higgs bosons and the neutral Higgs particles of the minimal supersymmetric extension. The program provides a model--independent calculation for scalar [\CP--even] as well as pseudoscalar [\CP--odd] Higgs bosons including the contributions of virtual top and bottom quarks inside the loop coupled to the Higgs particles. The relevant input parameters can be chosen from an input file. As a special case the minimal supersymmetric extension of the Standard Model can be investigated. The corresponding couplings are implemented including the leading higher order corrections.

研究动机与目标

• 提供一种模型无关的计算方法，用于计算强子对撞机中通过胶子融合产生希格斯玻色子的截面，包含下一阶微扰 QCD 修正。
• 实现对标准模型及其最小超对称扩展（MSSM）中希格斯玻色子产生过程的精确理论预测。
• 通过计算包含 QCD 修正的产生截面和衰变到胶子的宽度，支持对希格斯玻色子与胶子耦合的分析。
• 提供一个灵活、用户可配置的程序，允许通过输入文件调整质量、耦合常数和重整化尺度等输入参数。
• 利用 VEGAS 算法实现对多个动量空间通道的高精度数值积分，以计算部分子层次的截面。

提出的方法

• 该程序将总截面表示为领先阶和下一阶微扰 QCD 修正之和：σ = σ_LO + Δσ_virt + Δσ_gg + Δσ_gq + Δσ_qq。
• 利用部分子亮度函数 dL^gg/dτ 将部分子截面与之卷积，并通过 VEGAS 算法对动量分数进行积分。
• 希格斯玻色子与胶子的耦合通过顶夸克和底夸克圈图计算，振幅 A^H_Q(τ_Q) 和 A^A_Q(τ_Q) 依赖于 τ_Q = 4m_Q²/m_Φ²。
• 虚修正和实修正通过参考文献 [3,4] 中的解析结果实现，红外和共线奇点通过维数正则化处理。
• 程序支持多种模型：标准模型、MSSM（含一环或两环修正），以及通过调整 Yukawa 耦合常数的通用希格斯模型。
• 输入参数（包括希格斯玻色子质量、夸克质量、耦合强度、重整化与因子化尺度以及 α_s）通过输入文件指定，输出写入文件单元 99。

实验结果

研究问题

• RQ1 在标准模型中，下一阶微扰 QCD 修正如何影响通过胶子融合产生希格斯玻色子的总截面？
• RQ2 与领先阶预测相比，QCD 修正使希格斯玻色子产生截面增强了多少？
• RQ3 HIGLU 程序在包含 NLO QCD 修正的情况下，对希格斯玻色子衰变到两个胶子的宽度计算精度如何？
• RQ4 改变重整化与因子化尺度对预测截面和衰变宽度有何影响？
• RQ5 该程序如何处理 MSSM 希格斯规范场的全部复杂性，包括 CP 不变和 CP 奇异希格斯态及其圈诱导耦合？

主要发现

• 与领先阶结果相比，下一阶微扰 QCD 修正可使通过胶子融合产生希格斯玻色子的截面增强最多达两倍。
• 在 √s = 14 TeV 条件下，标准模型中 200 GeV 希格斯玻色子的总 NLO 截面为 14.4107 ± 0.0047 pb。
• 虚修正 Δσ_virt 贡献 3.45509 pb，实修正 Δσ_gg 贡献 4.78077 pb，表明胶子发射的实修正具有显著贡献。
• 在 MSSM 中，500 GeV 希格斯玻色子的胶子衰变宽度计算为 Γ_NLO = 13.9932 ± 0.0297 MeV，与领先阶相比 NLO 修正因子约为 1.53。
• 该程序成功复现了已知的解析结果，涵盖产生和衰变过程，且在多个平台和积分设置下均表现出良好的数值稳定性。
• 在圈诱导的希格斯-胶子耦合中同时包含顶夸克和底夸克圈图，可对标准模型及大多数 MSSM 参数空间提供极佳的近似。