[論文レビュー] A log story short: running contributions to radiative Higgs decays in the SMEFT

Christophe Grojean, Guilherme Guedes+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2024

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 1

ひとこと要約

本稿は、次元8における標準模型効果的場理論（SMEFT）において、放射型ヒッグス崩壊（h→γZ、h→γγ、h→gg）を調査し、h→γZ崩壊が、次元6とは異なり、木レベルのUV完備化からの大幅な正準化群（RG）走行寄与を受けることを示している。これは、RG混合に起因する対数的増幅が存在するためである。本稿では、感度を高めるための観測可能な量を提案し、次世代実験がこれらの次元8効果を探索可能であり、高エネルギースケールにおける新しい物理構造を露にする可能性を示している。

ABSTRACT

We investigate the renormalization of the radiative decays of the Higgs to two gauge bosons in the Standard Model Effective Field Theory at mass dimension eight. Given that these are loop-level processes, their one-loop renormalization can be phenomenologically important when triggered by operators generated through the tree-level exchange of heavy particles (assuming a weakly coupled UV model). By computing the tree-level matching conditions of all relevant extensions of the Standard Model, we demonstrate that this effect is indeed present in the $h o γZ$ decay at dimension eight, even though it is absent at dimension six. In contrast, the $h o gg$ and $h o γγ$ decays can only be renormalized by operators generated by one-loop processes. For UV models with heavy vectors, this conclusion hinges on the specific form of their interaction with massless gauge bosons which is required for perturbative unitarity. We study the quantitative impact of the possible logarithmic enhancement of $h o γZ$, and we propose an observable to boost the sensitivity to this effect. Given the expected increased precision of next-generation high-energy experiments, this dimension-eight contribution could be large enough to be probed and could therefore give valuable clues about new physics by revealing some of its structural features manifesting first at dimension eight.

研究の動機と目的

• SMEFTにおける次元8での放射型ヒッグス崩壊の正準化群（RG）走行を調査すること。
• 木レベルのUV完備化が、h→γZ、h→γγ、h→gg崩壊に寄与する次元8のオペレーターを生成できるかどうかを特定すること。
• h→γZにおけるRG混合に起因する対数的増幅の影響を定量化し、その物性的検出可能性を評価すること。
• 将来の高エネルギー実験において、次元8寄与への感度を高めるための新しい観測量を提案すること。

提案手法

• SMEFTにおける次元8での放射型ヒッグス崩壊の1ループ正準化群（RG）解析を実施する。
• すべての関連するSMEFT拡張の木レベルマッチング条件を計算し、次元8オペレーターのUV起源を特定する。
• 次元6と次元8のオペレーター間のRG混合を分析し、Λからvへの走行に起因する対数的増幅に注目する。
• 弱い結合性のUVモデル（スカラー三重項モデル）を構築することでトップダウンの手法を用い、h→γZ振幅を計算し、RG効果を検証する。
• ユニタリゲージとフェ Feynman ルールを用いて、重いスカラーおよびゲージボソンを含むループ振幅を計算し、二重対数積分を含む。
• h→γZにおけるRG増幅された次元8寄与への感度を高めるための運動学的観測量を提案する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 木レベルのUV完備化は、SMEFTにおける1ループレベルで、h→γZに寄与する次元8オペレーターを生成できるか？
• RQ2 構造的に類似しているにもかかわらず、次元8ではh→γZにRG走行効果が存在するが、次元6では存在しないのはなぜか？
• RQ3 次元8オペレーターのRG混合に起因するh→γZにおける対数的増幅の定量的サイズはどの程度か？
• RQ4 特にカスティドル対称性と摂動的ユニタリティを考慮したとき、UV相互作用の構造が次元8寄与の大きさにどのように制約を加えるか？
• RQ5 将来の実験において、この次元8RG効果への感度を高めるために、新しい運動学的観測量を設計できるか？

主な発見

• h→γZ崩壊は、木レベルのUV交換によって生成される次元8オペレーターからの顕著なRG走行寄与を受けるが、これは次元6では観察されない特徴である。
• h→γZにおける対数的増幅は、次元6と次元8の有効作用素のRG混合に起因し、v⁴/Λ⁴ × log(v/Λ)のスケーリングを示す。この寄与は、次世代実験で探査可能になるほど大きくなる可能性がある。
• 重いゲージボソンを含むUVモデルでは、摂動的ユニタリティを保つために、質量ゼロのゲージボソンとの相互作用構造が寄与の大きさに顕著に依存する。
• h→γγおよびh→gg崩壊は、次元8における木レベルのUV完備化では正準化されない。これらの過程では、オペレーターの1ループ生成が必要である。
• スカラー三重項モデルの実装により、RG効果が確認され、既知の結果と一致する。これにより、フレームワークの妥当性が裏付けられる。
• 次元8寄与への感度を高めるための新しい運動学的観測量が提案され、ウィルソン係数が小さくても検出可能になることが示された。