[論文レビュー] Comparing EFT and Exact One-Loop Analyses of Non-Degenerate Stops

Aleksandra Drozd, John Ellis+2 more|arXiv (Cornell University)|Apr 9, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 66被引用数 11

ひとこと要約

この論文は、Covariant Derivative Expansion (CDE) を用いて、MSSM の非デゲネレートなストップ超ストロングクォークに対して、1ループ有効場理論 (EFT) アプローチを拡張し、$hgg$ および $h\gamma\gamma$ 耦合に対する次元6オペレーターのユニバーサルな計算を可能にした。EFTの結果は、$m_{\tilde{t}_1} \gtrsim 500$ GeV の範囲で正確な1ループ計算と10%以内で一致しており、将来の FCC-ee 実験により1 TeV 以上のストップ質量を制約可能であり、自然性のモデルに依存しないテストが可能となる。

ABSTRACT

We develop a universal approach to the one-loop effective field theory (EFT) using the Covariant Derivative Expansion (CDE) method. We generalise previous results to include broader classes of UV models, showing how expressions previously obtained assuming degenerate heavy-particle masses can be extended to non-degenerate cases. We apply our method to the general MSSM with non-degenerate stop squarks, illustrating our approach with calculations of the coefficients of dimension-6 operators contributing to the $hgg$ and $hγγ$ couplings, and comparing with exact calculations of one-loop Feynman diagrams. We then use present and projected future sensitivities to these operator coefficients to obtain present and possible future indirect constraints on stop masses. The current sensitivity is already comparable to that of direct LHC searches, and future FCC-ee measurements could be sensitive to stop masses above a TeV. The universality of our one-loop EFT approach facilitates extending these constraints to a broader class of UV models.

研究の動機と目的

• 非デゲネレートなストップ超ストロングクォーク質量に、Covariant Derivative Expansion (CDE) を用いた1ループEFTフレームワークを一般化し、従来のデゲネレートな場合に限った結果を拡張すること。
• 非デゲネレートなストップ状況下で、$hgg$ および $h\gamma\gamma$ 耦合に影響を与える次元6オペレーターのウィルスン係数を計算すること。
• EFTの予測を正確な1ループフェルミオン図計算と比較し、EFTアプローチの正確性と有効範囲を評価すること。
• 現在および予想されるLHCおよびFCC-eeデータからの間接的制約を、ストップ質量および混合パラメータ ($X_t$) に翻訳すること。
• 将来の高精度測定が、直接LHC探索の範囲外にある、特に自然なSUSY状況におけるストップ質量をどの程度まで探査できるかを評価すること。

提案手法

• ストップセクターの二次項から得られる質量および混合行列を用いて、重い場のためのユニバーサルな1ループ有効ラグランジアンをCDE法で導出する。
• ユニバーサルなCDE式を用いて、ループ積分を再計算することなく $\bar{c}_g$ および $\bar{c}_\gamma$ のウィルスン係数を計算し、さまざまなUVモデルへの迅速な適用を可能にする。
• 同じ $hgg$ および $h\gamma\gamma$ プロセスについて、MSSMにおける正確な1ループフェルミオン図計算を実施し、EFTの正確性のベンチマークとする。
• EFTと正確な結果を、ストップ質量および $X_t$ 値の範囲で比較し、乖離を特定するとともに、EFTの破綻スケールを同定する。
• LHC、テバトロン、LEP、および将来のFCC-eeデータを含むグローバルフィットから得られるEFTオペレーター係数の制約を、$m_{\tilde{t}_1}$ および $X_t$ への制約に翻訳する。
• 電弱精度観測量、ヒッグス率、生成運動学を含むグローバルフィットを用いて、ストップパラメータの間接的制限を導出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 1ループCDEに基づくEFTアプローチを、非デゲネレートなストップ超ストロングクォークに一般化する方法は何か？ これは、従来のデゲネレート質量を仮定した結果の拡張である。
• RQ2 非デゲネレートなストップ状況下で、$hgg$ および $h\gamma\gamma$ 軌道に対するEFTアプローチの定量的正確性は、正確な1ループ計算と比較してどの程度か？
• RQ3 EFTアプローチが破綻し始めるストップ質量スケールは何か？ 特に $X_t$ が大きく、またはヒッグス-ストップカップリングで偶然のキャンセルが生じる場合に注目する。
• RQ4 現在および将来の高精度データからのストップ質量の間接的制約は、直接LHC探索と比較して、特に自然なSUSY状況下でどの程度の違いを示すか？
• RQ5 将来のFCC-ee測定が、$hgg$ およびオブリークな $T$-パラメータ効果に基づくEFT解析を用いて、1 TeV を超えるストップ質量をどの程度まで制約できるか？

主な発見

• CDE法を用いたEFTアプローチは、非デゲネレートなストップ超ストロングクォークに対しても成功裏に一般化され、ループ積分の再評価なしに1ループウィルスン係数のユニバーサルな計算が可能となった。
• EFTの結果は、$m_{\tilde{t}_1} \gtrsim 500$ GeV の範囲で正確な1ループ計算と約10%以内で一致したが、$|X_t| \geq 3m_{\tilde{t}_1}$ が大きな場合や、ヒッグス-ストップカップリングで偶然のキャンセルが生じる場合には例外的であった。
• LHCおよびテバトロンデータへのグローバルフィットからの間接的制約は、$X_t = 0$ の場合に $m_{\tilde{t}_1} \gtrsim 410$ GeV を要求し、ヒッグス質量制約を含めると $m_{\tilde{t}_1} \gtrsim 200$ GeV となる。これは直接LHC探索と同等の感度を持つ。
• $hgg$ のための $\bar{c}_g$ 係数が最も感受性が高く、次に $\bar{c}_T$（オブリークな $T$ パラメータに等価）が続く。後者は間接的制約において重要である。
• 将来のFCC-ee測定により、1 TeV を超えるストップ質量を探索可能であり、現在のLHC感度をはるかに超える間接的制約の範囲を拡張できる。
• EFTフレームワークにより、崩壊分岐比に依存しないモデルに依存しないストップ質量の制約が可能となり、自然性のパラダイムに挑戦する補足的で強固な手法を提供する。