[論文レビュー] Combined SMEFT interpretation of Higgs, diboson, and top quark data from the LHC

Jacob Ethier, Giacomo Magni+7 more|arXiv (Cornell University)|Apr 30, 2021

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 117被引用数 23

ひとこと要約

本稿では、次元6の標準模型効果的場理論（SMEFT）を用いて、LHCデータのグローバルでモデルに依存しない解析を提示する。ヒッグス、二ボソン、トップクォークの測定から同時に36個のウィルスン係数を制約する。NLO QCDおよび二次的O(Λ⁻⁴)補正を組み込むことで、事後分布を正確にマッピングするための必要性を示し、トップ、ヒッグス、二ボソンデータセットの間で強い補完性が示され、標準模型を超える新しい物理を探る上で有効であることが明らかになった。

ABSTRACT

We present a global interpretation of Higgs, diboson, and top quark production and decay measurements from the LHC in the framework of the Standard Model Effective Field Theory (SMEFT) at dimension six. We constrain simultaneously 36 independent directions in its parameter space, and compare the outcome of the global analysis with that from individual and two-parameter fits. Our results are obtained by means of state-of-the-art theoretical calculations for the SM and the EFT cross-sections, and account for both linear and quadratic corrections in the $1/Λ^2$ expansion. We demonstrate how the inclusion of NLO QCD and $\mathcal{O}\left( Λ^{-4} ight)$ effects is instrumental to accurately map the posterior distributions associated to the fitted Wilson coefficients. We assess the interplay and complementarity between the top quark, Higgs, and diboson measurements, deploy a variety of statistical estimators to quantify the impact of each dataset in the parameter space, and carry out fits in BSM-inspired scenarios such as the top-philic model. Our results represent a stepping stone in the ongoing program of model-independent searches at the LHC from precision measurements, and pave the way towards yet more global SMEFT interpretations extended to other high-$p_T$ processes as well as to low-energy observables.

研究の動機と目的

• 次元6のSMEFTフレームワーク内で、ヒッグス、二ボソン、トップクォーク系のLHCデータをグローバルかつモデルに依存しない解釈を実行すること。
• 1/Λ²展開における線形および二次的補正を考慮し、36個の独立したウィルスン係数を同時に制約すること。
• トップ、ヒッグス、二ボソン測定の間の補完性と相乗効果を評価すること。
• NLO QCDおよびO(Λ⁻⁴)補正がEFT係数の事後分布の精度に与える影響を評価すること。
• 将来のグローバルEFTフィットに向け、公開可能で再利用可能なデータセットと分析フレームワーク（SMEFiT）を提供すること。

提案手法

• ATLAS、CMS、LEPの実験的測定を、ヒッグス、二ボソン、トップクォーク系の全領域にわたって統合したグローバル尤度解析を実施。
• SMおよびSMEFTの断面積に対する最新の理論的計算を適用し、NLO QCD補正およびO(Λ⁻⁴)二次項を含む。
• 36次元のSMEFTパrameter空間における事後分布をサンプリングするために、ネストドサンプルとモンテカルロレプリカ法を用いる。
• 主成分分析を用いて、EFTパrameter空間における最も感受性の高い方向を同定。
• ベイズ再重み付けを用いて、事後的に新たな測定の影響を評価。
• SMEFiTプロジェクトのウェブサイトおよびGitHubリポジトリを通じて、事後分布のNsplサンプルを公開。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NLO QCDおよびO(Λ⁻⁴)補正は、グローバルフィットにおけるSMEFTウィルスン係数の事後分布の精度にどのように影響するか？
• RQ2 トップクォーク、ヒッグス、二ボソンデータの間で、SMEFTパラメータを制約する際の相対的な感受性と補完性は何か？
• RQ3 1/Λ²展開における二次的補正は、線形近似と比較してEFT係数間の相関をどのように変化させるか？
• RQ4 ヒッグス、二ボソン、トップクォークの各データセットが、36次元のSMEFTパラメータ空間をどれほど個別に制約できるか？
• RQ5 トップ・フィリックモデルのようなBSMにインspiredなシナリオは、SMEFTフレームワーク内で結合データをどの程度うまく記述できるか？

主な発見

• NLO QCDおよびO(Λ⁻⁴)補正の組み込みは、SMEFTウィルスン係数の事後分布を正確にマッピングするために不可欠であり、パラメータ空間における新たな感受性の方向を導入する。
• 二次的補正はEFTパrameter間の相関を顕著に低減させ、個々の係数の制約の分解能を向上させる。
• NLO QCD補正も相関係数の絶対値を低下させ、さらにパラメータの独立性を高める。
• トップクォーク、ヒッグス、二ボソンデータセットは強く補完し合い、それぞれが36次元のSMEFTパラメータ空間の異なる領域に対して独自の感受性を持つ。
• グローバルフィットにより、個別または二パラメータフィットと比較して36個のウィルスン係数をより高精度に制約できた。これは、真のグローバルEFT解析の力の証明である。
• SMEFiTフレームワークは、36次元のSMEFTパラメータ空間の50,000個の事後分布サンプルを含む公開可能で再利用可能なデータセットを提供しており、将来の再重み付けおよび統計的解析を可能にする。