[論文レビュー] Effective Field Theory for Higgs properties parametrisation: the transverse momentum spectrum case

Massimiliano Grazzini, Agnieszka Ilnicka+2 more|arXiv (Cornell University)|May 15, 2017

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 5

ひとこと要約

本稿は、効果的場理論（SMEFT）フレームワークを拡張し、次に示す高精度なNNLL+NNLO精度でヒッグス粒子の横運動量（$p_T$）スペクトルを計算する。この計算では、トップ/ボトムクォークのヤコビ・カップリングおよびヒッグス-グルーオン結合に対応する次元6オペレーターを組み込む。結果として、これらのオペレーターが特に低$ p_T $（ボトムヤコビ・カップリング）および高$ p_T $（グルーオン結合）領域で特徴的なスペクトル歪みを引き起こすことが示され、スケール不確かさが顕著に低減され、標準模型を超える新しい物理の感受性が向上する。

ABSTRACT

After the Higgs boson discovery, LHC can be used as a precision machine to explore its properties. Indeed, in case new resonances will not be found, the only access to New Physics would be via measuring small deviations from the SM predictions. A consistent approach is provided by a bottom-up Effective Field Theory, with dimension six operators built of Standard Model fields (SMEFT). We discuss how this approach works in case of the transverse momentum spectrum of the Higgs particle. In our calculation we augmented the Standard Model with three additional operators describing modifications of the top and bottom Yukawa couplings, and a point-like Higgs coupling to gluons. Based on recently presented resummed transverse-momentum spectra including these operators at NLL+NLO accuracy,which we recently presented in Ref [1], in this note we show the extension of the calculation to NNLL+NNLO. We find that such modifications, while affecting the total rate within the current uncertainties, can lead to significant distortions of the spectrum. Additionally, through significant reduction of the scale uncertainty we improve the sensitivity to the new operators.

研究の動機と目的

• ヒッグス粒子の性質を横運動量スペクトルを用いて探査するための高精度な効果的場理論（SMEFT）フレームワークの構築を目的とする。
• 大型ハドロン衝突型加速器（LHC）において新しい共鳴状態が観測されない状況下で、標準模型予測からの微小なずれに対処することを目的とする。
• 高次の再結合により、$ p_T $ スペクトルにおける摂動的不確かさを低減することで、新しい物理の感受性を向上させることを目的とする。
• 異なる次元6オペレーター（ヤコビ・カップリングおよびヒッグス-グルーオン結合）が $ p_T $ 分布に与える影響を区別することを目的とする。

提案手法

• 計算ではスケーリング手順を用いる：NNLL+NNLO標準模型（SM）予測を、NLL+NLO SMEFT/SM比でスケーリングすることで、次元6オペレーターを組み込む。
• SMEFTラグランジアンに3つの次元6オペレーターを追加する：$\mathcal{O}_1$（ヒッグス-グルーオン結合）、$\mathcal{O}_2$（トップヤコビ）、$\mathcal{O}_3$（ボトムヤコビ）。
• 標準模型からのずれをパラメータライズするため、ウィルソン係数 $c_t$、$c_b$、$c_g$ を用いる。$c_t$ および $c_b$ はそれぞれトップおよびボトムクォークカップリングに関連する。
• 摂動的不確かさは、$\mu_R$、$\mu_F$ および2つの再結合スケール（$Q_t$、$Q_{\text{int}}$）の七点スケール変動を用いて推定する。
• 解析は、SM結果のためのHRes数値コードに依拠し、先行のNLL+NLO SMEFTスペクトルをNNLL+NNLO精度に拡張する。
• NNLL+NNLO SM結果の計算では、重いトップクォーク近似を仮定し、有限のトップクォーク質量補正を近似的に取り入れる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 次元6のSMEFTオペレーターは、NNLL+NNLO精度でヒッグス粒子の横運動量スペクトルにどのように影響を与えるか？
• RQ2 全断面積における重複する効果があるにもかかわらず、異なるSMEFTオペレーターによるスペクトル歪みを区別できるか？
• RQ3 摂動的順序をNNLL+NNLOに高めることで、スケール不確かさはどの程度低減され、新しい物理の感受性はどのように向上するか？
• RQ4 ウィルソン係数 $c_t$、$c_b$、$c_g$ は、異なる運動量領域における $p_T$ スペクトルの形状と正規化にどのように影響を与えるか？

主な発見

• SMEFTオペレーターの組み込みにより、標準模型からの全断面積の20％以内のずれでも、ヒッグス $ p_T $ スペクトルに顕著な歪みが生じる。
• ボトムヤコビ・カップリング（$\mathcal{O}_3$）は主に低$ p_T $領域に影響を与え、ヒッグス-グルーオン結合（$\mathcal{O}_1$）は高$ p_T $テイルに歪みを引き起こす。
• トップヤコビ・カップリング（$\mathcal{O}_2$）は主に全断面積の正規化に影響を与え、形状への影響は小さい。
• NLL+NLOからNNLL+NNLOに移行することで、低〜中間$ p_T $領域（250 GeV未満）におけるスケール不確かさが約2倍に低減される。
• NNLL+NNLOにおいて、異なるオペレーターのスペクトル的効果は、残存するスケール不確かさを上回り、新しい物理のシナリオ間の区別が可能になる。
• スペクトルの形状は媒介粒子の質量に依存する：より軽い媒介粒子（例：ボトムクォーク）ではスペクトルがやや柔らかくなり、点状結合（無限大の質量極限）ではより硬いスペクトルが得られる。