[論文レビュー] Bounding the Higgs Width Using Effective Field Theory

Margherita Ghezzi, Giampiero Passarino+1 more|arXiv (Cornell University)|May 8, 2014

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 22被引用数 17

ひとこと要約

本稿では、次元6の演算子を用いたヒッグス効果的場理論（HEFT）を用いたモデルに依存しない枠組みを開発し、LHCにおけるヒッグス粒子の固有幅を制約する。ヒッグスカップリングをウィルソン係数によって運動量に依存させる取り扱いにより、Z Z最終状態におけるオフシェルヒッグス生成が幅をプローブできることを示し、有効演算子の組み合わせに敏感な測定が可能となり、標準模型を超えた新しい物理を区別する道筋が示される。

ABSTRACT

An interesting question is how present and future experiments will be able to probe the couplings of the Higgs boson and its intrinsic width at a high level of precision. There is a wide variety of beyond the Standard Model (BSM) theories where the Higgs couplings differ from the Standard Model (SM) ones by less that 10%. We take the SM as the theory of "light" degrees of freedom, i.e. d=4 operators and simulate the unknown extension of the SM by the most general set of d=6 operators. In particular we provide an explicit example of momentum-dependent modification of Higgs couplings.

研究の動機と目的

• 有効場理論を用いたモデルに依存しないヒッグス幅の制約解釈を提供すること。
• Z Z最終状態におけるオフシェルヒッグス生成が全ヒッグス幅をどのようにプローブできるかを調査すること。
• 一貫性のあるNLO有効場理論フレームワーク内での測定信号強度と次元6演算子のウィルソン係数を関連付けること。
• LHCにおけるオフシェルヒッグス生成の測定が、どの有効演算子の組み合わせを制約しているかを特定すること。
• 運動量に依存するヒッグスカップリングを通じて、将来のLHC解析が新しい物理を区別する方向に導くこと。

提案手法

• 未知のBSM物理をモデル化するため、次元6の演算子を含むヒッグス効果的場理論（HEFT）に基づく形式的枠組み。
• 標準模型の拡張を模擬する一般のd=6演算子のセットを用い、特に運動量に依存するヒッグスカップリングに注目。
• u u-bar → Z Z過程におけるヒッグス交換による一次発散振幅の導出、d=6演算子の寄与を含む。
• 振幅に現れる特定のゲージおよびヒッグス相互作用に関連する、主要なウィルソン係数の組み合わせ（W1～W6）の同定。
• d=6演算子からの非因数化寄与を散乱振幅に組み込み、NLOでの一貫性を確保。
• 運動量空間構造（s、t、uチャネル）およびローレンツ不変な組み合わせを用い、幅関連の観測量への感受性を分離。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Z Z最終状態におけるオフシェルヒッグス生成を、モデルに依存しない方法で全ヒッグス幅を制約するためにどのように利用できるか？
• RQ2 LHCにおけるオフシェルヒッグス信号測定が、どの次元6演算子のウィルソン係数の組み合わせをプローブしているか？
• RQ3 運動量に依存するヒッグスカップリングは、Z Z最終状態の高インバリアント質量尾部における信号強度をどのように変化させるか？
• RQ4 LHCにおけるオフシェルヒッグス生成のデータは、どの程度異なるBSMシナリオを区別できるか？
• RQ5 次元6演算子からの非因数化寄与は、ヒッグス幅の制約において果たす役割は何か？

主な発見

• 8 TeVにおけるZ Z最終状態におけるオフシェルヒッグス生成断面積は、ピーク断面積の最大20％に達し、ヒッグス幅への感受性が向上する。
• CMS（0.91+0.30/-0.24）およびATLAS（1.43+0.40/-0.35）による4l最終状態の信号強度測定値は、標準模型の予測と整合的だが、有効演算子による解釈可能なずれを許容する。
• ヒッグス幅は、カップリングの運動量依存性をエンコードするウィルソン係数の線形結合（W1～W6）を通じて制約される。
• u u-bar → Z Z過程におけるヒッグス交換振幅には、d=6演算子からの非因数化寄与が含まれており、正確な幅制約に不可欠である。
• 本研究は、LHCにおけるオフシェルヒッグス生成データが、完全なUV完成がなくても有効演算子の組み合わせを通じてヒッグス幅を制約可能であることを確立した。
• このフレームワークにより、BSMラグランジアンの空間に「ぼやけた矢印」を描くことができ、新しい物理モデルの定性的な区別が可能になる。