[论文解读] NNLOPS accurate associated HZ production with NLO decay ${ m{H}} o b\bar{b}$

William Astill, Wojciech Bizoń+2 more|arXiv (Cornell University)|Apr 22, 2018

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 45被引用 6

一句话总结

该论文提出了一种用于13 TeV LHC上关联HZ产生过程的全微分NNLOPS精度蒙特卡罗生成器，将HZ产生过程中的NNLO QCD修正与H→b̄b衰变过程中的NLO QCD修正及部分子簇射效应相匹配。该方法通过多变量相空间对MiNLO事件进行重加权，以实现NNLO本生分布，并包含了O(αs²)阶的gg→HZ贡献，验证了其对不变质量与横动量分布的影响。

ABSTRACT

We present a next-to-next-to-leading order (NNLO) accurate description of associated HZ production, followed by the Higgs boson decay into a pair of $b$-quarks treated at next-to-leading order (NLO), consistently matched to a parton shower (PS). The matching is achieved by performing reweighting of the $ exttt{HZJ-MiNLO}$ events, using multi-dimensional distributions that are fully-differential in the HZ Born kinematics, to the NNLO results obtained by using the $ exttt{MCFM-8.0}$ fixed-order calculation. Additionally we include the $gg o m{HZ}$ contribution to the discussed process that appears at the $\mathcal{O}(α_s^2)$. We present phenomenological results obtained for 13 TeV hadronic collisions.

研究动机与目标

• 在关联HZ产生过程中实现NNLO精度，同时保持H→b̄b衰变的NLO精度，并与部分子簇射效应匹配。
• 在O(αs²)阶包含环状图贡献的gg→HZ通道，该通道在tt̄阈值附近及以上区域具有显著贡献。
• 开发一种一致的匹配程序，将固定阶NNLO结果与通过MiNLO事件重加权实现的部分子簇射相匹配。
• 在LHE层次上与MCFM-8.0进行对比，验证实现的正确性，并评估截断修正与簇射效应的影响。
• 为Run II LHC阶段的精确Higgs耦合常数与HZ产生研究提供一个现象学上稳健的工具。

提出的方法

• 利用NNLO MCFM-8.0计算得到的多维分布，对MiNLO HZ+1 jet事件进行重加权，以实现HZ产生过程的NNLO精度。
• 采用MiNLO方法将HZ与HZ+1 jet过程进行合并，确保在合并相空间中保持NLO精度。
• 在POWHEG-BOX-RES中实现对共振态的敏感矩阵元处理，以正确处理H与Z的衰变，包括H→b̄b与Z→ℓ⁺ℓ⁻。
• 将O(αs²)阶的gg→HZ贡献作为独立通道加入，与主HZ产生振幅一致地叠加。
• 通过协变张量分解构建完整振幅，涵盖HZ产生顶点与Z衰变顶点，正确处理极化与自旋关联。
• 通过与MCFM-8.0结果在LHE层次上的微分分布（不变质量、横动量）对比，验证实现的正确性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在NNLO精度下，gg→HZ环状图通道的引入如何影响HZ产生过程的微分分布？
• RQ2 HZ产生过程中的NNLO修正与H→b̄b衰变中的NLO修正，在多大程度上影响了b夸克喷注与HZ系统的动量分布？
• RQ3 MiNLO重加权程序是否能准确重现NNLO结果，同时在完整事件生成中保持部分子簇射效应？
• RQ4 截断条件如何改变gg→HZ通道相对于主导HZ产生模式的相对贡献与修正大小？
• RQ5 NNLOPS精度模拟对关键可观测量（如Higgs横动量与HZ不变质量）的数值影响如何？

主要发现

• HZNNLOPS生成器在LHE层次上成功复现了MCFM-8.0的结果，验证了用于实现NNLO精度的重加权程序的正确性。
• gg→HZ贡献显著，尤其在tt̄阈值附近及以上区域，其修正在阈值以上仍保持较大。
• 截断条件使gg→HZ贡献的相对大小增加，因其接受率更高（60% vs. 主流HZ模式的45%）。
• gg→HZ通道的影响在高Higgs横动量区域衰减更快，表明其pT谱相比胶子初态HZ产生更软。
• 在H→b̄b衰变中包含NLO修正对准确建模b夸克喷注动量分布至关重要，尤其是在高Boost区域。
• NNLOPS精度模拟为LHC上精确Higgs耦合常数测量与HZ信号提取提供了一个稳健的框架。