Kurzfassung
Nach der Entdeckung des Higgs-Bosons liegt das Hauptaugenmerk des LHC Higgs Programms auf der exakten Vermessung seiner Eigenschaften durch Untersuchung der verschiedenen Produktions- und Zerfallskanäle. Dies verlangt präzise theoretische Vorhersagen von inklusiven als auch differentiellen und exklusiven Wirkungsquerschnitten (WQ). In dieser Arbeit untersuchen wir störungstheoretische (ST) Unsicherheiten in den Vorhersagen von exklusiven Jet-WQ in fester Ordnung der ST Reihe (FO). Wir erhalten resummierte Vorhersagen für eine neue Klasse von Rapiditäts-abhängigen Jet-Veto Observablen, wobei unser Fokus auf Higgsproduktion durch Gluonfusion (ggF) am LHC liegt. Experimentelle Analysen beruhen häufig auf Jet-Binning in Kombination mit gewissen kinematischen Schnitten, um die verschiedenen Produktionsmechanismen zu unterscheiden und das Signal vom Untergrund zu separieren. Solche Jet-Vetoes und Jet-Selektionsschnitte generieren Sudakov-Logarithmen abhängig vom Verhältnis der Skala des Jet-Vetoes zur harten Skala des Prozesses. Im Grenzfall sehr kleiner Jet-Vetoes werden diese Logarithmen sehr groß und bedingen große Unsicherheiten in der FO Vorhersage der WQ. Durch Resummierung dieser großen Logarithmen zu allen Ordnungen der ST Reihe werden die Unsicherheiten deutlich reduziert. Eine konsistente Behandlung der Unsicherheiten in den unterschiedlichen Jet-Bins ist unabdingbar, sowohl für FO wie auch resummierte Vorhersagen. Im ersten Teil dieser Arbeit untersuchen wir im Detail die ST Unsicherheiten in der Vorhersage von pp zu H+2-Jets durch ggF in nächstführender Ordnung (NLO) ST bei Anwendung von Auswahlschnitten für Vektorbosonfusion (VBF), wie sie von ATLAS und CMS in ihren H zu yy Analysen zum Einsatz kommen. Während starke Einschränkungen auf die Emission weiterer Teilchen die Sensitivität auf das VBF Signal erhöhen und auf den ggF Anteil reduzieren sollten, zeigt unsere Studie, dass ebensolche Einschränkungen nicht zwangsläufig vorteilhaft für die Unterscheidung der VBF und ggF Produktionsmechanismen sind, eben gerade aufgrund der stark ansteigenden ggF Unsicherheiten. Im zweiten Teil der Arbeit führen wir Rapiditäts-abhängige Jet-Veto Observablen ein, für die der Transversalimpuls eines Jet mit einer glatten Funktion der Jet-Rapidität gewichtet wird. Diese Jet-basierten Observablen erlauben zentrale Jets zu verbieten und bieten dennoch komplementäre Informationen in den exklusiven Jet-Bins. Mit der Hilfe von 'Soft Collinear Effective Theory' (SCET) untersuchen wir die Faktorisierungs- und Resummierungseigenschaften dieser Rapiditäts-abhängigen Observablen und erhalten so Vorhersagen für den resummierten H +0-Jet WQ in Ordnung NLL‘ bei entsprechendem Veto auf diese Observablen kombiniert mit dem FO WQ auf NLO. Wir vergleichen unsere numerische Vorhersage mit den Messungen des differentiellen WQ von ATLAS im H zu yy Kanal und finden gute Übereinstimmung. In O(alpha^2_s) haben die Jet-basierten Observablen eine nichttriviale Abhängigkeit vom Jet-Algorithmus aufgrund von “Clustering”. Zuletzt betrachten wir Korrekturen aufgrund des “Clustering” von zwei kollinearen oder weichen Teilchen in einen Jet, die einen wichtigen Beitrag zur Vorhersage von WQ in der Ordnung NNLL‘+NNLO liefern und numerisch von Relevanz für die experimentell genutzten Jet-Radien sind.
With the discovery of the Higgs boson, a central objective of the LHC Higgs program is to study its properties in detail by exploring different production and decay channels. This requires precise theoretical predictions of inclusive cross sections as well as differential and exclusive cross sections. In this thesis, we study perturbative uncertainties in the fixedorder (FO) predictions of exclusive jet cross sections and obtain resummed predictions for a new class of rapidity-dependent jet veto observables, focusing on Higgs production via gluon gluon fusion (ggF) at the LHC. Experimental analyses at the LHC often use jet binning and jet selection cuts to distinguish between different Higgs production mechanisms and to separate signal from backgrounds. Such jet vetoes and jet selection cuts induce Sudakov logarithms of the ratio of the veto scale and the hard scale in the process. In the limit of very tight jet vetoes, these logarithms can become large and introduce large uncertainties in the FO predictions of cross sections. By resumming these large logarithms to all orders, the perturbative uncertainties can be considerably reduced. Whether in FO or resummed predictions, a consistent treatment of uncertainties in different jet bins is required. In the first part of the thesis, we studied in detail the perturbative uncertainties in the NLO predictions for pp to H+2-jets via ggF for the vector boson fusion (VBF) selection cuts used by ATLAS and CMS in their H to yy analyses. Our study shows that, while applying strong restrictions on additional emissions is expected to increase the sensitivity to the VBF signal and reduce the ggF contribution, it is not necessarily beneficial for distinguishing the VBF and ggF production modes because of the quickly increasing ggF uncertainties. In the second part of the thesis, we introduce rapidity-dependent jet veto observables for which the transverse momentum of a jet is weighted by a smooth function of the jet rapidity. These jet-based observables provide natural and clean ways to veto central jets and can yield valuable complementary information in the exclusive jet bins. Using Soft Collinear Effective Theory (SCET), we study the factorization and resummation properties of these rapidity-dependent observables and obtain predictions for the resummed H+0-jet cross section at NLL' with a veto on these observables. Because the experimentally relevant region is an intermediate one, where both the resummed and the FO contributions are important, we calculate the FO corrections at NLO and combine them with our resummed predictions to obtain the full NLL'+NLO result for the H+0-jet cross section. We compare our numerical predictions with the differential cross section measurement by ATLAS in the H to yy channel and find good agreement. At O(alpha^2_s), these jet-based observables have a non trivial dependence on the jet-algorithm due to clustering effects. In the final part, we consider the corrections due to clustering of two collinear or soft particles into a single jet which are an important input for predicting the cross section at NNLL'+NNLO. These corrections are numerically significant for the jet radii currently used in experiments.