[论文解读] Monte Carlo study of gg->H+jets contribution to Vector Boson Fusion Higgs production at the LHC

M. Vázquez Acosta, A. Nikitenko|arXiv (Cornell University)|May 24, 2007

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 21被引用 5

一句话总结

本研究使用 ALPGEN 和 PYTHIA 蒙特卡洛模拟，结合 MLM 箭头-部分子匹配方法，评估大型强子对撞机（LHC）上矢量玻色子融合（VBF）Higgs 玻色子产生过程中 $gg\rightarrow H+\text{jets}$ 过程的污染。对于 120 GeV 的 Higgs 玻色子质量，经过 VBF 事件选择和中心喷流 veto 后，污染贡献为 4–5%，且在预选条件和部分子辐射调谐参数变化下结果稳定。

ABSTRACT

The contribution of gg->H+jets production process to the vector boson fusion production of the Higgs boson, VV->H, at LHC was evaluated with the ALPGEN generator and the PYTHIA shower Monte Carlo including a jet-parton matching procedure. After the experimental like event selections applied at PYTHIA particle level, the contribution was found to be 4-5 % for a Higgs boson mass of 120 GeV.

研究动机与目标

• 量化 $gg\rightarrow H+\text{jets}$ 过程对 LHC 上 VBF Higgs 玻色子产生的贡献。
• 利用真实事件选择，评估 QCD 辐射和喷流活动对 VBF 信号纯度的影响。
• 评估中心喷流 veto 在抑制 $gg\rightarrow H+\text{jets}$ 背景的同时保留 VBF 信号事件的有效性。
• 验证结果在不同 ALPGEN 样本生成策略和 PYTHIA 调谐参数下的稳定性。

提出的方法

• 使用 ALPGEN 2.06 进行事件生成，结合 MLM 箭头-部分子匹配，避免 $gg\rightarrow H+\text{jets}$ 过程中的重复计数。
• 应用部分子层级截断条件：$p_T^j > 20$ GeV，$|\eta^j| < 5$，$\Delta r_{jj} > 0.5$，以及软 VBF 预选条件：$M_{j1j2} > 600$ GeV 和 $|\Delta\eta^{j1j2}| > 4$。
• 使用 PYTHIA 6.409 进行部分子辐射、强子化和喷流重建，采用简单锥算法（$R=0.5$，种子阈值 2 GeV）。
• 在粒子层级应用 VBF 事件选择：$E_T^j > 30$ GeV，$|\eta^j| < 4.5$，$M_{j1j2} > 1000$ GeV，$|\Delta\eta^{j1j2}| > 4.5$，且 $\eta^{j1}\times\eta^{j2} < 0$。
• 应用中心喷流 veto：若存在第三条喷流（$E_T^{j3} > 30$ GeV）位于 $\eta^{j_{\min}}+0.5 < \eta^{j3} < \eta^{j_{\max}}-0.5$ 范围内，则拒绝该事件。
• 计算并比较不同 ALPGEN 样本集（最多 3 或 4 个喷流）和 PYTHIA 调谐（DWT 和 A）下的截面，同时进行稳定性检查。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 LHC 上，对于 120 GeV 的 Higgs 玻色子，标准 VBF 事件选择下，$gg\rightarrow H+\text{jets}$ 事件的占比是多少？
• RQ2 中心喷流 veto 在抑制 $gg\rightarrow H+\text{jets}$ 背景的同时，对保留 VBF 信号的有效性如何？
• RQ3 ALPGEN 生成中是否包含软 VBF 预选条件，对结果的敏感性如何？
• RQ4 使用不同 ALPGEN 样本配置（最多 3 个喷流 vs. 4 个喷流）对最终污染估计的影响是什么？
• RQ5 结果对 PYTHIA 基底事件调谐参数变化的鲁棒性如何？

主要发现

• 经过 VBF 事件选择后，$gg\rightarrow H+\text{jets}$ 的截面为 31.3 fb，而 $qq\rightarrow qqH$ 的截面为 492.3 fb，因此污染约为 6%。
• 应用中心喷流 veto 后，$gg\rightarrow H+\text{jets}$ 的截面降低至 16.4 fb，污染比例降至 $qq\rightarrow qqH$ 信号的 4%。
• 相对于总 $gg\rightarrow H+\text{jets}$ 事件，$gg\rightarrow H+1\text{ jet}$ 事件的比例仅为约 1%，表明单喷流末态的贡献极小。
• 中心喷流 veto 对 VBF 信号事件的效率为 95%，对 $gg\rightarrow H+\text{jets}$ 背景的效率为 52%，证实其在抑制非 VBF 贡献方面的有效性。
• 当省略软 VBF 预选条件或将 ALPGEN 样本截断至 3 个喷流而非 4 个时，结果变化在 ~25% 以内，表明结果稳定。
• 使用 PYTHIA Tune DWT 和 Tune A 的结果无显著差异，表明对基底事件模型变化具有鲁棒性。