[論文レビュー] Changing patterns in electroweak precision with new color-charged states: Oblique corrections and the $W$ boson mass

Linda M. Carpenter, Taylor Murphy+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 18, 2022

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 6

ひとこと要約

本稿では、真空期待値を持たない荷電スカラー二重項の縮退を打破することで、大規模な正のTパラメータを生成するモデルを提案する。これにより、CDFの測定結果と整合する重いWボソン質量を実現できる。モデルはT ≈ 0.1を達成し、大きな色因子によるループ補正の増幅により7σのずれを説明可能である。

ABSTRACT

The recent measurement by the CDF Collaboration of the $W$ boson mass is in significant tension with the Standard Model expectation, showing a discrepancy of seven standard deviations. A larger value of $m_W$ affects the global electroweak fit, particularly the best-fit values of the Peskin-Takeuchi parameters $S$, $T$ (and perhaps $U$) that measure oblique corrections from new physics. To meet this challenge, we propose some simple models capable of generating non-negative $S$ and $T$, the latter of which faces the greatest upward pressure from the CDF measurement in scenarios with $U=0$. Our models feature weak multiplets of scalars charged under $\mathrm{SU}(3)_{ ext{c}} imes \mathrm{U}(1)_Y$, which cannot attain nonzero vacuum expectation values but nevertheless produce e.g. $T eq 0$ given some other mechanism to split the electrically charged and neutral scalars. We compute the oblique corrections in these models and identify ample parameter space supporting the CDF value of $m_W$.

研究の動機と目的

• CDFによるWボソン質量の測定値と標準模型予測との間の7σのずれを解明すること。
• Wボソン質量の異常を是正するための、大きな正の斜め補正（S、T、U）を生成する新しい物理のシナリオを探ること。
• 真空期待値をとらないが、色荷を持つ弱二重項を有するモデルを構築し、依然として非ゼロのTを生成すること。
• 電弱精度制約およびコライダー探索の観点から、このようなモデルの妥当性を評価すること。
• ヒッグスカップリングが質量分裂を安定化させる役割を果たすか、またヒッグス生成率への過剰な寄与を避けるかを調査すること。

提案手法

• SU(3)ₜ × U(1)Y で変換するが、非ゼロの色表現（例：基本表現、6重項）を持つが、真空期待値を持たないスカラー弱二重項を導入する。
• 非アーベルゲージ対称性や明示的な質量分裂といった、真空期待値を必要としないメカニズムを用いて、荷電成分と中性成分の degeneracy を破る。
• ペスキ・タケウチパラメータ化を用いて、色因子がループ寄与を増幅させる中で、1ループの斜め補正SおよびTを解析的に計算する。
• WおよびZボソンの1ループ自己エネルギーを完全に用いて、色荷を持つ状態からの寄与を含めたSおよびTの式を導出する。
• グルーオン融合や4ジェット最終状態などの生成過程を用いてコライダー効果を評価し、断面積とLHCの制約を推定する。
• ヒッグスカップリングの制約を評価するため、標準模型ヒッグスとの三重ヒッグスカップリングを分析し、ヒッグス信号強度への影響を検討する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 色荷を持つ弱二重項のモデルは、真空期待値をとらずとも、大きな正のTパラメータを生成できるか？
• RQ2 このようなモデルで達成可能な最大のTパラメータは何か？ また、それはCDFによるWボソン質量測定と整合するか？
• RQ3 大きな色因子は、色シングレット拡張と比較して、これらのモデルにおける斜め補正の大きさにどのように寄与するか？
• RQ4 これらの色荷を持つスカラーの支配的コライダー署名は何か？ そして、現在のLHCデータで除外可能か？
• RQ5 ヒッグスカップリングは、質量分裂を安定化させつつ、観測されたヒッグス信号強度と整合する範囲でどの程度まで許容されるか？

主な発見

• モデルはT ≈ 0.1を生成し、観測されたWボソン質量の7σのずれを説明するのに十分である。
• 真空期待値がなくても、荷電成分と中性成分間の質量分裂から非ゼロのTが生じる。
• 大きな色因子（例：基本表現や6重項表現から来る）は、斜め補正へのループ寄与を顕著に増幅させる。
• バイアドジョインントモデルはλ₀Σ < 0.02の条件下で必要な25 GeVの質量分裂を達成し、ヒッグスカップリングを小さく保ち、1%未満の補正レベルを維持する。
• グルーオン融合や4ジェット最終状態による生成断面積は、テルネルスケールのスカラーに対して約10² fbであり、LHCの制約は最大1.1 TeVまで達している。
• ヒッグスを介したグルーオン融合断面積への補正は、スカラー質量が800 GeVを超えると、1%未満に保たれる。