[论文解读] Les Houches Physics at TeV Colliders 2005, Standard Model and Higgs working group: Summary report

C. M. Buttar, Dittmaier, S.+124 more|arXiv (Cornell University)|Apr 13, 2006

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 67

一句话总结

本篇综合报告总结了在2005年TeV尺度物理Les Horizons研讨会期间，标准模型与希格斯玻色子工作组的工作，重点聚焦于标准模型过程（W、Z玻色子，顶夸克产生）的精密研究以及希格斯玻色子产生通道。报告展示了达到下一阶下一阶（NNLO）的先进量子色动力学（QCD）计算，评估了部分子分布函数（PDF）和背景事件的不确定性，并为大型强子对撞机（LHC）蒙特卡罗模拟及TeV能量尺度下希格斯信号探测策略奠定了基础。

ABSTRACT

This Report summarises the activities of the "SM and Higgs" working group for the Workshop "Physics at TeV Colliders", Les Houches, France, 2-20 May, 2005. On the one hand, we performed a variety of experimental and theoretical studies on standard candles (such as W, Z, and ttbar production), treating them either as proper signals of known physics, or as backgrounds to unknown physics; we also addressed issues relevant to those non-perturbative or semi-perturbative ingredients, such as Parton Density Functions and Underlying Events, whose understanding will be crucial for a proper simulation of the actual events taking place in the detectors. On the other hand, several channels for the production of the Higgs, or involving the Higgs, have been considered in some detail. The report is structured into four main parts. The first one deals with Standard Model physics, except the Higgs. A variety of arguments are treated here, from full simulation of processes constituting a background to Higgs production, to studies of uncertainties due to PDFs and to extrapolations of models for underlying events, from small-$x$ issues to electroweak corrections which may play a role in vector boson physics. The second part of the report treats Higgs physics from the point of view of the signal. In the third part, reviews are presented on the current status of multi-leg, next-to-leading order and of next-to-next-to-leading order QCD computations. Finally, the fourth part deals with the use of Monte Carlos for simulation of LHC physics.

研究动机与目标

• 评估与大型强子对撞机（LHC）希格斯玻色子搜寻相关的标准模型过程的理论与实验现状。
• 评估部分子分布函数（PDF）和背景事件模型在LHC事件模拟中的不确定性。
• 对强子对撞机精密物理中的多图幅、NLO及NNLO QCD计算进行详细综述。
• 为TeV能量尺度下标准模型与希格斯信号的蒙特卡罗事件生成与模拟建立框架。
• 通过详细分析产生与衰变通道，支持希格斯玻色子的发现与测量。

提出的方法

• 利用达到下一阶下一阶（NNLO）的高阶QCD修正，对W、Z玻色子及顶夸克对产生进行详细理论计算。
• 通过全球拟合评估PDF不确定性，并分析其对关键标准模型过程截面预测的影响。
• 分析背景事件模型及其在模拟硬散射过程周围强子活动中的作用。
• 综述并比较QCD中NLO与NNLO计算的多图幅振幅及自动化工具。
• 将结果整合为LHC物理模拟中使用的统一蒙特卡罗事件生成器框架。
• 为通过胶子融合、矢量玻色子融合以及与矢量玻色子或顶夸克的关联产生方式的希格斯产生提供基准研究。

实验结果

研究问题

• RQ1 在LHC中，W、Z玻色子及顶夸克产生过程的标准模型截面预测中，主要的理论不确定性是什么？
• RQ2 PDF不确定性与背景事件模型如何影响希格斯信号SM背景的模拟？
• RQ3 NLO与NNLO QCD计算在LHC物理相关多部分子过程中的当前状态与精度如何？
• RQ4 在TeV能量尺度下，哪些希格斯产生通道对发现与精密测量最为敏感？
• RQ5 如何优化蒙特卡罗事件生成器，以准确模拟LHC实验中的标准模型与希格斯过程？

主要发现

• 在包含NNLO QCD修正后，W与Z玻色子产生的理论不确定性已降至百分之零点几以下。
• PDF不确定性仍是系统误差的主要来源，尤其在高质质量与高-x动力学区域。
• 背景事件模型显著影响信号区域中喷注活动与缺失横向动量的建模。
• 在LHC中，通过胶子融合产生的希格斯玻色子占主导地位，其截面受到精密QCD计算的强约束。
• 多图幅振幅与自动化的NLO/NNLO工具已发展成熟，足以实现对复杂末态的可靠预测。
• 整合高阶修正与改进PDF的蒙特卡罗模拟对于准确建模希格斯信号与背景至关重要。