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Präzisionsrechnungen zur Produktion von Higgsbosonen

English title Precision Calculations for the Production of Higgs Bosons
Applicant Spira Michael
Number 175593
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 01.03.2018 - 28.02.2021
Approved amount 300'000.00
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Keywords (5)

Higgs couplings; multi-loop calculations; perturbative precision calculations; Higgs physics; supersymmetry

Lay Summary (German)

Lead
Die Produktion von Higgsbosonen liefert den Zugang zu den Eigenschaften dieser Teilchenam LHC und somit einen Test, ob es sich beim entdeckten Teilchen tatsächlich um das Higgsboson des Standard-Modells handelt. Um es von Higgsteilchen aus Erweiterungen dieses Modells unterscheiden zu können, sind präzise Berechnungen der Produktions- und Zerfallsprozesse erforderlich. Thema dieses Projekts ist die Bestimmung der supersymmetrischen Strahlungskorrekturen zur pseudoskalaren Higgsboson-Produktion der minimalen supersymmetrischen Erweiterung des Standard-Modells am LHC in nächstführender Ordnung, um die theoretischen Unsicherheiten zu reduzieren.
Lay summary
Thema dieses Projekts ist die Berechnung der vollständigen supersymmetrischen QCD-Strahlungskorrekturen zur Produktion pseudoskalarer Higgsbosonen des minimalen supersymmetrischen Standard-Modells an Hadron-Collidern wie dem LHC. Hierbei beschränkt sich das Projekt allein auf den führende Gluon-Fusions-Prozess. Eine zuverlässige experimentelle Analyse der Higgsboson-Produktion erfordert hinreichend genaue theoretische Berechnungen der entsprechenden Produktionsprozesse.

Ziel dieses Projekts ist die Berechnung der vollständigen supersymmetrischen QCD-Strahlungskorrekturen zur pseudoskalaren Higgsboson-Poduktion 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 und supersymmetrischer Teilchen gültig sind. Diese Näherung erzeugt Unsicherheiten im Bereich von 10-30% für den relevanten Produktionsprozess zusätzlich zu den unvermeidbaren perturbativen Unsicherheiten von etwa 20%. Die zu bestimmenden Zwei-Schleifen-Integrale sind mit dem derzeitigen Kenntnisstand analytisch nicht lösbar, so dass dieses Projekt eine volle numerische Integration beinhaltet.
Direct link to Lay Summary Last update: 26.01.2018

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
153503 Präzisionsrechnungen zur Produktion von Higgsboson-Paaren 01.03.2015 Project funding (Div. I-III)
153503 Präzisionsrechnungen zur Produktion von Higgsboson-Paaren 01.03.2015 Project funding (Div. I-III)

Abstract

The analysis of the Higgs boson properties is one of the most important endeavours at the LHC 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. An important task for the future is the determination of the detailed nature of the Higgs boson coupling to gluons that constitutes the dominant Higgs boson production process via gluon fusion. The gluonic Higgs boson coupling is mediated by top and to a lesser extent bottom quark loops within the SM, However, it is highly relevant to test experimentally that this coupling is in agreement with the SM prediction or not. As an alternative to the SM this project will consider the minimal supersymmetric extension involving three neutral Higgs particles, two scalar ones h,H and a pseudoscalar Higgs particle. The extended Higgs sector will modify the couplings of the SM-like Higgs boson that is most likely the light scalar Higgs boson h and thus parametrizes deviations from the SM prediction. For a reliable analysis the experimental accuracies have to be matched by the uncertainties of the theoretical calculations of the production and decay processes involved. The topic of this work is the determination of the NLO SUSY-QCD corrections including the full quark, squark and gluino mass dependence to MSSM Higgs boson production via the loop-induced gluon fusion, gg -> A, which is the dominant pseudoscalar Higgs boson production process at the LHC in large regions of the MSSM parameter space. The goal of the project is a significant reduction of the theoretical uncertainties to a reliable level that is required for sophisticated experimental analyses and measurements at the LHC. In addition the novel corrections will have a significant impact on the size of the production cross sections.As a second ingredient this proposal includes the finalization of the full NLO QCD corrections to SM Higgs pair production via gluon fusion gg -> HH that constitutes the first process with a direct access to the trilinear Higgs self-coupling and thus a first experimental step towards a measurement of the Higgs potential. The results will reduce the residual theoretical uncertainties of the production cross section and the main distributions of experimental relevance.
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