Project

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Präzisionsrechnungen zur Produktion von Higgsboson-Paaren

English title Precision Calculations for Higgs Boson Pair Production
Applicant Spira Michael
Number 153503
Funding scheme Project funding (Div. I-III)
Research institution Paul Scherrer Institut
Institution of higher education Paul Scherrer Institute - PSI
Main discipline Particle Physics
Start/End 01.03.2015 - 28.02.2018
Approved amount 174'910.00
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Keywords (4)

Higgs self-interactions; Higgs physics; perturbative precision calculations; multi-loop calculations

Lay Summary (German)

Lead
Die Produktion von Higgsboson-Paaren stellt die erste Kategorie von Prozessenam LHC dar, bei denen die Selbstwechselwirkungen der Higgsteilchenexperimentell getestet werden kann. Dies liefert den ersten Schritt zurexperimentellen Vermessung des Higgspotentials, das in der elektroschwachenEichtheorie verantwortlich für die spontane Symmetriebrechung und somit fürdie Einführung der Teilchenmassen ist. Thema dieses Projekts ist dieBestimmung der Strahlungskorrekturen zur Higgspaar-Produktion am LHC innächstführender Ordnung, um die theoretischen Unsicherheiten zu reduzieren.
Lay summary
Thema dieses Projekts is die Berechnung der vollständigen
QCD-Strahlungskorrekturen zur Produktion von Higgsboson-Paaren an
Hadron-Collidern wie dem LHC. Diese Kategorie von Prozessen wird die erste
sein, in denen man beginnen kann, das Higgspotential, das verantwortlich für
die elektroschwache Symmetriebrechung ist, experimentell zu vermessen. Die
Sensititivität auf die trilineare Higgs-Selbstkopplung trägt in massgeblicher
Weise zum dominanten Gluon-Fusions-Prozess bei. Eine zuverlässige
experimentelle Bestimmung dieser Kopplung erfordert hinreichend genaue
theoretische Berechnungen der entsprechenden Produktions- und
Zerfallsprozesse.

Ziel dieses Projekts ist die Berechnung der vollständigen
QCD-Strahlungskorrekturen zur Higgsboson-Paarproduktion über die dominante
Gluon-Fusion. Dies erfordert die Berechnung von Zwei-Schleifen-Korrekturen
unter Berücksichtigung der vollen Massenabhängigkeiten. In der Vergangenheit
sind nur approximative Rechnungen dieser Korrekturen erfolgt, die im Limes
unendlich schwerer Top-Quarks gültig sind. Diese Näherung erzeugt
Unsicherheiten im Bereich von 10-30% für den relevanten Produktionsprozess
zusätzlich zu den unvermeidbaren perturbativen Unsicherheiten von etwa 20-30%.
Die zu bestimmenden Zwei-Schleifen-Integrale sind mit dem derzeitigen
Kenntnisstand analytisch nicht lösbar, so dass dieses Projekt eine volle
numerische Integration beinhaltet.

Die Higgs-Selbst-Kopplung definiert das Higgs-Potential und damit dessen
explizite Gestalt, die im Standardmodell und seinen möglichen
supersymmetrischen Erweiterungen die elektroschwache Symmetriebrechung
induziert.
Direct link to Lay Summary Last update: 26.02.2015

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Name Institute

Publications

Publication
Gluon fusion into Higgs pairs at NLO QCD and the top mass scheme
Baglio J., Campanario F., Glaus S., Mühlleitner M., Spira M., Streicher J. (2019), Gluon fusion into Higgs pairs at NLO QCD and the top mass scheme, in The European Physical Journal C, 79(6), 459-459.

Collaboration

Group / person Country
Types of collaboration
Prof. M. Mühlleitner, KIT Karlsruhe Germany (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
140500 Präzisionsrechnungen zum supersymmetrischen Higgspotential 01.04.2012 Project funding (Div. I-III)
175593 Präzisionsrechnungen zur Produktion von Higgsbosonen 01.03.2018 Project funding (Div. I-III)
175593 Präzisionsrechnungen zur Produktion von Higgsbosonen 01.03.2018 Project funding (Div. I-III)

Abstract

The analysis of the Higgs boson properties is one of the most important endeavours at the LHC and a future linear e+e- collider after the discovery of a Higgs-like scalar state in 2012 which shows increasing agreement with the properties of the Standard Model (SM) Higgs particle. The Higgs boson couplings to electroweak gauge bosons (W, Z, gg, gamma gamma) and fermions (tau lepton, bottom quark) have been tested and found to be in agreement with the SM predictions within errors. A major task for the future is the determination of the Higgs self-interactions that emerge directly from the Higgs potential which constitutes the origin of electroweak symmetry breaking via the Higgs sector. Higgs self-interactions are accessible for the first time in Higgs boson pair production processes at the LHC. Due to the large background reactions induced by strong interactions at the LHC several Higgs boson pair production and decay modes have to be searched for in order to isolate the signal from the huge QCD background. Once the existence of the Higgs boson pair production is established the trilinear Higgs self-interactions have to be measured in order to prove the Higgs sector to be the source of electroweak symmetry breaking. The experimental accuracies have to be matched by the uncertainties of the theoretical calculations of the production and decay processes involved. This requires the computation of Higgs boson pair production at next-to-leading order in perturbation theory, since the corrections are expected to be large.The topic of this work is the determination of the NLO QCD corrections including the full quark mass dependence to Higgs boson pair production via the loop-induced gluon fusion, gg -> HH, which is the dominant Higgs boson pair production process at the LHC. The goal of the project is a significant reduction of the theoretical uncertainties to a reliable level that is required by sophisticated experimental analyses and measurements at the LHC.
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