雙迴圈量子色動力學對偽純量希格斯玻色子衰變成 3 個粒子的修正

Q: 如何將這些計算結果應用於預測大型強子對撞機中偽純量希格斯玻色子的產生和衰變？

這些計算結果提供了偽純量希格斯玻色子衰變至三個膠子 (A → ggg) 或一個夸克、一個反夸克和一個膠子 (A → q¯qg) 的虛擬修正。這些結果可以直接應用於預測大型強子對撞機中偽純量希格斯玻色子的產生和衰變，方法如下： 產生： 雖然文章著重於衰變過程，但透過交叉對稱性，這些計算結果也可用於描述偽純量希格斯玻色子在強子對撞機中的產生。具體來說，可以將 A → ggg 和 A → q¯qg 的結果轉換為膠子融合產生 A + 噴射 的過程。 衰變： 這些結果可以直接用於預測偽純量希格斯玻色子衰變為強子的現象學。由於 A → ggg 和 A → q¯qg 是 A 衰變為強子的主要過程，因此這些計算結果提供了對這些衰變模式的精確描述。 微分分佈： 文章中計算的 NNLO 修正可以用於獲得偽純量希格斯玻色子產生和衰變的精確微分分佈，例如橫向動量和速度分佈。這些分佈對於區分信號和背景過程至關重要。 減少理論不確定性： NNLO 修正的計算顯著減少了偽純量希格斯玻色子產生和衰變的理論不確定性，例如因重整化和分解尺度選擇而產生的不確定性。 總之，這些計算結果為大型強子對撞機中偽純量希格斯玻色子的產生和衰變提供了重要的理論依據，並可用於提高這些過程的預測精度。

Q: 是否存在其他 BSM 模型預測偽純量希格斯玻色子與膠子和夸克的耦合不同，從而導致與本研究中呈現的結果不同的現象學？

是的，許多 BSM 模型預測偽純量希格斯玻色子與膠子和夸克的耦合不同於 MSSM，從而導致與本研究中呈現的結果不同的現象學。以下是一些例子： 不同於 MSSM 的雙希格斯二重態模型 (2HDM): 在這些模型中，偽純量希格斯玻色子與費米子的耦合可以與 tan β 顯著不同，tan β 是兩個希格斯場真空期望值的比率。這會影響 A → gg 和 A → q¯qg 的衰變寬度，從而導致不同的產生截面和運動學分佈。 包含額外希格斯單態的模型： 這些模型可以改變偽純量希格斯玻色子與膠子的耦合，例如，通過混合效應。這會影響膠子融合產生 A 的速率，並導致與 MSSM 不同的現象學。 具有額外費米子的模型： 這些模型可以通過迴路效應改變偽純量希格斯玻色子與膠子和夸克的耦合。例如，具有新的重夸克的模型可以顯著改變 A → gg 的有效耦合。 具有擴展規範對稱性的模型： 這些模型通常包含額外的規範玻色子，這些玻色子可以與偽純量希格斯玻色子耦合，從而導致新的產生和衰變模式。 簡而言之，偽純量希格斯玻色子與膠子和夸克的耦合對 BSM 模型的細節非常敏感。因此，在大型強子對撞機中精確測量這些耦合可以提供有關新物理的有價值信息，並有助於區分不同的 BSM 情景。

Q: 這些結果如何促進我們對 QCD 中超越性原理的理解，以及它與其他量子場論的關係？

這些結果通過以下幾個方面促進了我們對 QCD 中超越性原理的理解，以及它與其他量子場論的關係： 驗證了最大超越性原則： 研究發現，A → ggg 和 A → q¯qg 的振幅中領先的超越性項與 N=4 超對稱楊-米爾斯理論中半 BPS 算子的對應項一致。這為最大超越性原則提供了進一步的支持，該原則指出，QCD 中某些量的領先超越性項與 N=4 超對稱楊-米爾斯理論中的對應項相關。 探討了超越性與算子性質的關係： 研究比較了 A → ggg 和 A → q¯qg 的結果與 N=4 超對稱楊-米爾斯理論中半 BPS 和 Konishi 算子的形式因子。結果表明，領先的超越性項的普適性與算子的性質（受超對稱保護與否）有關。 提供了對其他量子場論的洞察： QCD 中超越性原理的研究結果可以幫助我們理解其他量子場論中高階修正的結構。例如，這些結果可能與計算 N=4 超對稱楊-米爾斯理論中散射振幅或形式因子的高圈修正有關。 總之，這些結果加深了我們對 QCD 中超越性原理的理解，並揭示了它與其他量子場論之間的有趣聯繫。這為進一步研究超越性在量子場論中的作用，以及它如何幫助我們理解高階修正的結構開闢了新的途徑。

核心概念

本文展示了如何計算偽純量希格斯玻色子衰變成三個膠子或一個夸克、一個反夸克和一個膠子的雙迴圈量子色動力學修正，並討論了結果的紅外線結構和超越性。

摘要

文獻資訊

Banerjee, P., Dhani, P. K., & Ravindran, V. (2024). Two loop QCD corrections for the process Pseudo-scalar Higgs →3 partons. arXiv preprint arXiv:1708.02387v3.

研究目標

本研究旨在計算偽純量希格斯玻色子 (A) 衰變成三個膠子 (ggg) 或一個夸克、一個反夸克和一個膠子 (qqg) 的雙迴圈量子色動力學 (QCD) 修正。

方法

研究人員採用有效場論方法，將頂夸克的自由度積分出來。
他們使用維度正則化處理發散，並採用最小減法 (MS) 方案對強耦合常數和複合算符進行重整化。
研究人員利用 Catani 的紅外線分解公式驗證了結果的紅外線結構。
他們還探討了結果與 N=4 超對稱楊-米爾斯理論中半 BPS 算符的關係。

主要發現

研究人員成功計算了 A → ggg 和 A → qqg 的雙迴圈虛擬修正，並以諧波多對數的形式呈現結果。
他們發現，結果的紅外線發散與 Catani 的預測一致。
他們還發現，當 QCD 色因子以特定方式調整時，單迴圈和雙迴圈處的主要超越項與 N=4 超對稱楊-米爾斯理論中半 BPS 算符的三點形式因子中的結果相同。

主要結論

本研究為在強耦合常數中計算 A 與強子對撞機中的一個噴流相關的微分分佈提供了必要的成分，最高可達次次領頭階 (NNLO)。
結果也可用於 A 隨後衰變成強子的情況。
研究結果突出了 QCD 計算中的普遍結構和超越性原理。

意義

本研究對理解偽純量希格斯玻色子的性質及其與其他標準模型粒子的耦合具有重要意義。這些結果對於在大型強子對撞機和其他未來對撞機上進行精確的現象學研究至關重要。

局限性和未來研究

本研究僅限於虛擬貢獻。需要計算實數輻射修正以獲得完整的 NNLO 預測。
未來研究可以探討將這些結果應用於更複雜的過程，例如 A 與兩個或多個噴流相關聯的產生。

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從以下內容提煉的關鍵洞見

Two loop QCD corrections for the process Pseudo-scalar Higgs $\rightarrow 3$ partons

by Pulak Banerj... 於 arxiv.org 11-20-2024

https://arxiv.org/pdf/1708.02387.pdf

$Two loop QCD corrections for the process Pseudo-scalar Higgs $\rightarrow 3$ partons$

深入探究

如何將這些計算結果應用於預測大型強子對撞機中偽純量希格斯玻色子的產生和衰變？

這些計算結果提供了偽純量希格斯玻色子衰變至三個膠子 (A → ggg) 或一個夸克、一個反夸克和一個膠子 (A → q¯qg) 的虛擬修正。這些結果可以直接應用於預測大型強子對撞機中偽純量希格斯玻色子的產生和衰變，方法如下：

產生： 雖然文章著重於衰變過程，但透過交叉對稱性，這些計算結果也可用於描述偽純量希格斯玻色子在強子對撞機中的產生。具體來說，可以將 A → ggg 和 A → q¯qg 的結果轉換為膠子融合產生 A + 噴射 的過程。

衰變： 這些結果可以直接用於預測偽純量希格斯玻色子衰變為強子的現象學。由於 A → ggg 和 A → q¯qg 是 A 衰變為強子的主要過程，因此這些計算結果提供了對這些衰變模式的精確描述。

微分分佈： 文章中計算的 NNLO 修正可以用於獲得偽純量希格斯玻色子產生和衰變的精確微分分佈，例如橫向動量和速度分佈。這些分佈對於區分信號和背景過程至關重要。

減少理論不確定性：  NNLO 修正的計算顯著減少了偽純量希格斯玻色子產生和衰變的理論不確定性，例如因重整化和分解尺度選擇而產生的不確定性。

總之，這些計算結果為大型強子對撞機中偽純量希格斯玻色子的產生和衰變提供了重要的理論依據，並可用於提高這些過程的預測精度。

是否存在其他 BSM 模型預測偽純量希格斯玻色子與膠子和夸克的耦合不同，從而導致與本研究中呈現的結果不同的現象學？

是的，許多 BSM 模型預測偽純量希格斯玻色子與膠子和夸克的耦合不同於 MSSM，從而導致與本研究中呈現的結果不同的現象學。以下是一些例子：

不同於 MSSM 的雙希格斯二重態模型 (2HDM):  在這些模型中，偽純量希格斯玻色子與費米子的耦合可以與 tan β 顯著不同，tan β 是兩個希格斯場真空期望值的比率。這會影響 A → gg 和 A → q¯qg 的衰變寬度，從而導致不同的產生截面和運動學分佈。

包含額外希格斯單態的模型： 這些模型可以改變偽純量希格斯玻色子與膠子的耦合，例如，通過混合效應。這會影響膠子融合產生 A 的速率，並導致與 MSSM 不同的現象學。

具有額外費米子的模型： 這些模型可以通過迴路效應改變偽純量希格斯玻色子與膠子和夸克的耦合。例如，具有新的重夸克的模型可以顯著改變 A → gg 的有效耦合。

具有擴展規範對稱性的模型： 這些模型通常包含額外的規範玻色子，這些玻色子可以與偽純量希格斯玻色子耦合，從而導致新的產生和衰變模式。
簡而言之，偽純量希格斯玻色子與膠子和夸克的耦合對 BSM 模型的細節非常敏感。因此，在大型強子對撞機中精確測量這些耦合可以提供有關新物理的有價值信息，並有助於區分不同的 BSM 情景。

這些結果如何促進我們對 QCD 中超越性原理的理解，以及它與其他量子場論的關係？

這些結果通過以下幾個方面促進了我們對 QCD 中超越性原理的理解，以及它與其他量子場論的關係：

驗證了最大超越性原則： 研究發現，A → ggg 和 A → q¯qg 的振幅中領先的超越性項與 N=4 超對稱楊-米爾斯理論中半 BPS  算子的對應項一致。這為最大超越性原則提供了進一步的支持，該原則指出，QCD 中某些量的領先超越性項與 N=4 超對稱楊-米爾斯理論中的對應項相關。

探討了超越性與算子性質的關係： 研究比較了 A → ggg 和 A → q¯qg 的結果與 N=4 超對稱楊-米爾斯理論中半 BPS 和 Konishi 算子的形式因子。結果表明，領先的超越性項的普適性與算子的性質（受超對稱保護與否）有關。

提供了對其他量子場論的洞察：  QCD 中超越性原理的研究結果可以幫助我們理解其他量子場論中高階修正的結構。例如，這些結果可能與計算 N=4 超對稱楊-米爾斯理論中散射振幅或形式因子的高圈修正有關。

總之，這些結果加深了我們對 QCD 中超越性原理的理解，並揭示了它與其他量子場論之間的有趣聯繫。這為進一步研究超越性在量子場論中的作用，以及它如何幫助我們理解高階修正的結構開闢了新的途徑。