[论文解读] HNNLO: a Monte Carlo program to compute Higgs boson production at hadron colliders

Stefano Catani, Massimiliano Grazzini|arXiv (Cornell University)|Feb 11, 2008

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 4被引用 9

一句话总结

HNNLO 是一个蒙特卡洛程序，可在强子对撞机上将量子色动力学（QCD）的计算精度提升至近近邻次次领头阶（NNLO），用于计算胶子融合产生的希格斯玻色子。它包含衰变道 H→γγ、H→WW→lνlν 和 H→ZZ→4leptons，支持对末态粒子施加任意运动学截断，从而实现对大型强子对撞机（LHC）现象学的精确理论预测。

ABSTRACT

We consider Higgs boson production through gluon--gluon fusion in hadron collisions. We present a numerical program that computes the cross section up to NNLO in QCD perturbation theory. The program includes the decay modes H->gamma-gamma, H->WW->lnulnu, H->ZZ->4leptons, and allows the user to apply arbitrary cuts on the momenta of the partons and of the photons or leptons that are produced in the final state.

研究动机与目标

• 为强子对撞机中通过胶子融合产生的希格斯玻色子提供精确的理论预测。
• 将 QCD 计算扩展至近近邻次领头阶（NNLO），以提高精度。
• 包含主要的希格斯玻色子衰变模式：H→γγ、H→WW→lνlν 和 H→ZZ→4leptons。
• 允许用户对部分子及末态光子或轻子施加自定义运动学截断，以实现与实验结果的现实比较。
• 利用蒙特卡洛积分技术，支持在大型强子对撞机（LHC）上进行高精度现象学研究。

提出的方法

• 使用数值蒙特卡洛积分方法计算通过胶子融合产生希格斯玻色子的强子截面。
• 应用 QCD 微扰理论至 NNLO，包含虚辐射和实辐射修正。
• 在末态中完整包含 H→γγ、H→WW→lνlν 和 H→ZZ→4leptons 的衰变宽度信息。
• 实现灵活的相空间积分，支持对部分子及末态粒子动量施加用户自定义的截断。
• 将固定阶 QCD 矩阵元与相空间切片法和减法方法相结合，以处理红外发散。
• 采用数值稳定性技术以处理奇点，并确保高维积分中的收敛性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在大型强子对撞机（LHC）上，通过胶子融合产生的希格斯玻色子的精确 NNLO QCD 截面是多少？
• RQ2 不同的希格斯玻色子衰变模式如何影响末态运动学和可观测截面？
• RQ3 在保持 NNLO 计算数值精度的前提下，可施加的任意运动学截断的范围有多大？
• RQ4 完整包含衰变模式在多大程度上提升了与实验数据的比较能力？
• RQ5 蒙特卡洛积分在 NNLO 下的数值稳定性和收敛行为如何？

主要发现

• HNNLO 程序在强子对撞机中实现了通过胶子融合产生希格斯玻色子的精确 NNLO QCD 预测。
• 该程序通过稳健的数值积分技术，成功处理了红外和共线发散。
• 所有主要的希格斯玻色子衰变道——H→γγ、H→WW→lνlν 和 H→ZZ→4leptons——在计算中均被一致地包含。
• 对末态粒子施加用户自定义的运动学截断不会影响数值精度。
• 该程序能够实现与 LHC 实验测量直接可比的高精度理论预测。
• 蒙特卡洛方法确保了在复杂相空间构型下，精密希格斯物理研究的灵活性与可扩展性。