[论文解读] Theoretical Status of Higgs Production at Hadron Colliders in the SM

Radja Boughezal|ArXiv.org|Aug 25, 2009

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 54被引用 5

一句话总结

本文综述了在标准模型下，强子对撞机中希格斯玻色子产生的理论现状，重点分析了主导产生机制——胶子融合、矢量玻色子融合、希格斯辐射及顶夸克关联产生及其衰变模式。文章介绍了达到NNLO和NLO的先进QCD与电弱修正，表明高阶修正可降低理论不确定性，并提升大型强子对撞机（LHC）和 Tevatron 搜索中的截面预测精度。

ABSTRACT

We briefly review the current status of theoretical calculations for Higgs production at hadron colliders within the Standard Model. We focus on the main production mechanisms and decay modes at the Tevatron and the LHC.

研究动机与目标

• 总结标准模型下强子对撞机中希格斯玻色子产生截面的当前理论精度。
• 评估高阶QCD与电弱修正对胶子融合、VBF、WH/ZH及t\bar{t}H等关键产生模式的影响。
• 评估理论预测在优化实验搜索及降低背景不确定性方面的作用。
• 量化在各产生通道中引入NLO与NNLO QCD修正后，尺度依赖性的减小程度。
• 为LHC与Tevatron的希格斯玻色子发现及耦合测量提供更高精度的更新截面预测。

提出的方法

• 评估希格斯产生截面的领先阶（LO）、下一阶（NLO）及下一下一阶（NNLO）QCD修正。
• 在WH/ZH产生中引入O(α)阶电弱修正，使截面预测降低5–10%，具体取决于质量与输入参数方案。
• 在胶子融合与Hjj背景的计算中采用有效场论与重顶夸克近似。
• 应用部分子喷注模拟与喷注标签截断条件，以模拟VBF与t\bar{t}H通道中的实际实验条件。
• 将理论预测与CDF、D0及LHC的实验数据进行比较，重点关注信号与背景的优化。
• 在1/3MH < μ < 3MH范围内使用尺度变化（μR, μF）来估算截面预测中的理论不确定性。

实验结果

研究问题

• RQ1 NLO与NNLO QCD修正如何影响LHC中通过胶子融合产生希格斯玻色子的截面预测？
• RQ2 O(α)阶电弱修正对关联WH/ZH产生的影响是什么？它们如何影响总截面？
• RQ3 高阶修正在多大程度上减小了希格斯信号与背景过程中的尺度依赖性理论不确定性？
• RQ4 VBF与t\bar{t}H通道中的选择性截断与喷注标签如何抑制主要背景并提升信号可见性？
• RQ5 QCD修正在H→bb、H→ττ及H→WW/ZZ衰变模式中的作用是什么？它们如何影响分支比测量？

主要发现

• NNLO QCD修正将WH产生截面的理论不确定性从LO时的10%降低至2%。
• O(α)阶电弱修正使WH截面减少5–10%，具体取决于希格斯玻色子质量与输入参数方案。
• H→bb衰变的QCD修正使LO宽度在O(αs⁴)下增加25%，混合QCD-电弱修正贡献−0.24%。
• t\bar{t}H产生的NLO QCD修正使中心尺度下的信号截面增加近20%，而t\bar{t}b\bar{b}背景则因K因子1.8而增强。
• VBF过程受胶子融合Hjj背景影响较大，但VBF特异性喷注截断可有效抑制该背景。
• 对于H→WW→lνlν，NLO QCD修正使部分宽度分别增加3.8%（半轻衰变）与7.6%（强子衰变），但实验截断降低了其影响。