[论文解读] Two photon background for Higgs boson searches at the LHC

T. Binoth|ArXiv.org|May 18, 2000

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 3

一句话总结

本文对大型强子对撞机（LHC）中强子碰撞的双光子背景进行了完整的下一阶修正（NLO）计算，包括量子色动力学（QCD）部分子的碎片化贡献，这对通过H→γγ衰变道搜索希格斯玻色子时的背景准确估计至关重要。该研究为光子对的不变质量分布提供了精确预测，并表明在规范尺度和因子化尺度变化下，残余尺度依赖性为10–20%，且隔离条件显著降低了碎片化贡献。

ABSTRACT

The search for an intermediate mass Higgs boson at the LHC needs the quantitative understanding of the two-photon background. A calculation of two-photon production in hadronic collisions at full next-to-leading order is described. It includes photons originating from the hadronization of QCD partons which play an important role at the LHC. A prediction for the invariant mass distribution for photon pairs at the LHC is presented and finally the residual scale dependencies are discussed.

研究动机与目标

• 为了定量理解在大型强子对撞机（LHC）中，特别是对中等质量希格斯玻色子的搜索，双光子背景的主要贡献。
• 包括光子对产生过程的下一阶修正（NLO）修正，特别是QCD部分子的碎片化贡献。
• 为大型强子对撞机（LHC）中光子对的不变质量分布（Mγγ）提供可靠的预测。
• 评估在规范尺度、因子化尺度和碎片化尺度变化下预测的稳定性。
• 评估光子隔离标准在抑制碎片化驱动背景方面的有效性。

提出的方法

• 对强子碰撞中双光子产生的完整NLO计算，包括α²αs阶的虚辐射和实辐射修正。
• 引入光子碎片化函数Dγ/j（j = q, q̄, g）以考虑QCD部分子强子化产生的光子。
• 计算中采用MRST2部分子分布函数和BFG光子碎片化函数。
• 通过限制每个光子周围锥形区域（R = 0.4，ETmax = 5 GeV）内的横向强子能量来实现隔离标准。
• 通过μ、μFACT和μFRAG的尺度变化分析来估计理论不确定性。
• 将结果与碲泉（Tevatron）实验数据进行比较，以验证对红外安全可观测量的计算准确性。

实验结果

研究问题

• RQ1 QCD部分子碎片化对大型强子对撞机（LHC）中双光子背景的贡献有多大？
• RQ2 在NLO修正中，特别是对碎片化过程的修正，如何影响Mγγ分布？
• RQ3 隔离标准在γγ末态中对抑制碎片化驱动背景的抑制程度如何？
• RQ4 NLO预测中Mγγ分布的残余尺度依赖性是多少？
• RQ5 在规范尺度、因子化尺度和碎片化尺度变化下，预测的稳定性如何？

主要发现

• NLO碎片化贡献的引入显著提高了大型强子对撞机（LHC）中双光子背景预测的准确性。
• 在无隔离条件下，单碎片化贡献主导了Mγγ分布；在隔离条件（ETmax = 5 GeV，R = 0.4）下，直接产生成分成为主导。
• LHC中的Mγγ分布由NLO计算良好描述，且与Tevatron数据在红外安全可观测量上具有良好的一致性。
• 隔离后Mγγ分布的残余尺度依赖性为10–20%，其中μ与μFACT的反对角线变化提供了保守的不确定性估计。
• 当μ与μFACT共同变化时，观察到意外的稳定性，这是由于NLO修正与部分子流函数变化之间的相互补偿所致。
• 该计算已集成至DIPHOX事件生成器中，为红外敏感分布的高阶修正和重求和奠定了基础。