[论文解读] Jet veto resummation for STXS $H+$1-jet bins at aNNLL$'$+NNLO

Pedro Cal, Matthew A. Lim+3 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2024

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用 1

一句话总结

本文在LHC的Higgs玻色子加一胶子喷注产生过程中，实现了对喷注截断对数的下一阶下一阶对数（NNLL′）重求和，并与下一阶下一阶微分（NNLO）QCD匹配。该研究提出了一种改进的因子化框架，将软函数中的全局与软-胶子喷注贡献分离开来，从而在即使存在未知高阶项（通过理论不确定性参数参数化）的情况下，也能对STXS H+1-jet箱位提供更高微扰精度的精确预测。

ABSTRACT

Measurements of Higgs boson processes by the ATLAS and CMS experiments at the LHC use Simplified Template Cross Sections (STXS) as a common framework for the combination of measurements in different decay channels and their further interpretation, e.g. to measure Higgs couplings. The different Higgs production processes are measured in predefined kinematic regions -- the STXS bins -- requiring precise theory predictions for each individual bin. In gluon-fusion Higgs production a main division is into 0-jet, 1-jet, and $\geq 2$-jet bins, which are further subdivided in bins of the Higgs transverse momentum $p_T^H$. Requiring a fixed number of jets induces logarithms $\ln p_T^{\mathrm{cut}}/Q$ in the cross section where $p_T^{\mathrm{cut}}$ is the jet-$p_T$ threshold and $Q\sim p_T^H\sim m_H$ the hard-interaction scale. These jet-veto logarithms can be resummed to all orders in perturbation theory to achieve the highest possible perturbative precision. We provide state-of-the art predictions for the $p_T^H$ spectrum in exclusive $H+$1-jet production and the corresponding $H+$1-jet STXS bins in the kinematic regime $p_T^{\mathrm{cut}} \ll p_T^H\sim m_H$. We carry out the resummation at NNLL$'$ accuracy, using theory nuisance parameters to account for the few unknown ingredients at this order, and match to full NNLO. We revisit the jet-veto factorization for this process and find that it requires refactorizing the total soft function into a global and soft-collinear contribution in order to fully account for logarithms of the signal jet radius. The leading nonglobal logarithms are also included, though they are numerically small for the region of phenomenological interest.

研究动机与目标

• 为LHC中Higgs横向动量谱在独态H+1-jet产生过程中的理论预测提供最先进的水平。
• 将STXS H+1-jet箱位的喷注截断对数重求和扩展至NNLL′精度，相较于以往的NLL′结果，提升了微扰精度。
• 解决软函数中因喷注半径与聚类效应引起的对数增强问题，这些问题在标准因子化中曾被忽略。
• 纳入非全局对数，并将软函数重新因子化为全局与软-胶子喷注成分，以完整捕捉对数结构。
• 通过轮廓尺度变化与理论不确定性参数（TNPs）量化不确定性，以处理NNLL′精度下未知的高阶微扰项。

提出的方法

• 对总软函数进行重构，将其分解为全局与软-胶子喷注成分，以考虑信号喷注半径相关的对数项，这些项在 pcut_T ≪ pT^H ∼ mH 的运动学区域内至关重要。
• 利用一致性关系和硬函数、束流函数、喷注函数与软函数的重整化群演化导出的 anomalous dimensions，实现NNLL′精度的重求和。
• 通过匹配程序将重求和截面与固定阶NNLO计算结果匹配，确保在转换尺度处的一致性。
• 在软函数中包含主导的非全局对数，尽管在物理相关区域其数值影响较小。
• 使用理论不确定性参数（TNPs）对NNLL′精度下未知的高阶微扰项进行参数化，将其视为额外的不确定性来源。
• 通过一阶微扰下软函数与 anomalous dimensions 的解析与数值检验，验证了截面奇异结构的正确性。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在考虑喷注半径与聚类效应的前提下，将H+1-jet产生中的喷注截断对数重求和至NNLL′精度？
• RQ2 将软函数分解为全局与软-胶子喷注成分，对重求和精度与现象学预测有何影响？
• RQ3 非全局对数在STXS运动学区域内如何影响H+1-jet截面？能否在重求和中可靠地包含这些效应？
• RQ4 相较于NLL′+NLO与纯NNLO，aNNLL′+NNLO在多大程度上可通过轮廓尺度与TNPs减少微扰不确定性？
• RQ5 理论不确定性参数在量化NNLL′重求和中缺失高阶修正带来的不确定性方面起到何种作用？

主要发现

• 本文推导出一种改进的软函数因子化方法，将全局与软-胶子喷注贡献分离开来，这对于捕捉信号喷注半径引起的对数增强至关重要。
• aNNLL′+NNLO重求和显著降低了微扰不确定性，即使在使用TNPs参数化未知高阶项的情况下，其效果也优于NLL′+NLO与纯NNLO。
• 非全局对数已包含在重求和中，但在物理相关区域（pcut_T ≪ pT^H ∼ mH）其数值影响较小。
• 一阶微扰下的软函数被解析计算，明确显示出对喷注半径RJ、喷注快度yJ与喷注横向动量截断pcut_T的依赖性。
• 软函数包含RJ的幂次修正项，如−4 ln²RJ与8 ln(μ / pcut_T) ln RJ，这些项对准确描述被截断的相空间至关重要。
• 采用轮廓尺度变化与理论不确定性参数估算不确定性，其中后者用于表征NNLL′精度下缺失的高阶微扰修正。