[論文レビュー] Effective Higgs Lagrangian and Constraints on Higgs Couplings

Hermès Bélusca-Maïto|arXiv (Cornell University)|Apr 21, 2014

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 74被引用数 19

ひとこと要約

この論文は、次元6のオペレーターを用いてヒッグス粒子の結合定数が標準模型からどれほど逸脱しているかをパラメータ化する、モデルに依存しない有効場理論フレームワークを開発する。非対角パラメータ（S, T, U）からの制約を課すことにより自由パラメータを削減する。LHC第1期のヒッグス信号率と電弱精度測定データのグローバルフィットを用いて、CP対称な項と選択されたCP反対称な有効結合定数の両方を強く制約し、標準模型を超える新しい物理の限界を更新する。

ABSTRACT

Probing the properties of the discovered Higgs boson may tell us whether or not it is the same particle as the one predicted by the Standard Model. To this aim we parametrize deviations of the Higgs couplings to matter from the Standard Model by using the Higgs Effective Field Theory framework. Starting with a general dimension-6 effective Lagrangian including both CP-even and CP-odd operators, and requiring that the operators do not introduce power divergences in the oblique parameters, we reduce the number of independent effective couplings of the theory. This framework is then used to put updated constraints on the effective couplings, using the latest Higgs rates data from the Run-I of the ATLAS and CMS experiments, and electroweak precision data from LEP, SLC and Tevatron. We show that the current data is able to significantly constrain the CP-even and some CP-odd operators of the effective Lagrangian.

研究の動機と目的

• 次元6におけるヒッグス有効場理論（HEFT）を用いて、ヒッグス結合定数の逸脱をモデルに依存しないパラメータ化すること。
• パワー発散を回避するため、非対角S, T, Uパラメータからの制約を課すことにより独立パラメータの数を減らすこと。
• ATLAS, CMS, LEP, SLC, Tevatronからの実験データに対して、物性的ヒッグスラグランジアンのグローバルフィットを実施すること。
• 観測されたヒッグス粒子が標準模型と整合しているか、および有効結合定数を通じたCP性質を調べること。
• CP保存およびCP破れの両方の逸脱に対する、更新されたきつい制約を提供すること。

提案手法

• ゲージ不変性およびバリオン数・レプトン数保存を保つように、CP対称およびCP反対称の両方のオペレーターを含む一般の次元6有効ラグランジュ関数を構築する。
• 木レベルおよび1ループレベルでの非対角S, T, Uパラメータからの制約を適用し、パワー発散を排除し、独立したウィルスン係数の数を減らす。
• 有効理論フレームワーク内でのヒッグス信号強度（生成断面積および崩壊幅）の理論的予測を導出する。
• ATLASおよびCMS第1期のデータ（ヒッグス信号率）と、LEP, SLC, Tevatronからの電弱精度測定データを用いてグローバルフィットを実施する。
• ループ補正によるS, T, Uパラメータへの対数寄与を用いて、有効結合定数に対する物理的制約を導出する。
• 観測可能な信号率と直接関係するウィルスン係数に基づくヒッグス結合定数のパラメータ化を実装する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 現在のLHCおよび電弱精度測定データは、ヒッグス粒子の光子、Zボソン、フェルミオンへの結合定数の標準模型からの逸脱をどの程度制約しているか？
• RQ2 CP対称およびCP反対称の有効結合定数のどの組み合わせが、利用可能なデータによって最も強く制約されているか？
• RQ3 非対角パラメータからの制約は、次元6の有効場理論における独立した有効結合定数の数をどのように削減するか？
• RQ4 観測されたヒッグス粒子が、その結合定数にCP反対称成分を含んでもよいのか、そしてデータはどのような制約を課しているか？
• RQ5 CP反対称オペレーターを含めた場合、CP保存のみのシナリオと比較して、ヒッグス信号強度のグローバルフィットにどのような影響を与えるか？

主な発見

• 非対角パラメータの制約を組み込むことで、CP保存領域では独立した有効結合定数が7つに、CP破れ領域では6つに削減される。
• 現在のデータはCP対称結合定数を強く制約しており、特に光子およびZボソンへの結合定数に対して顕著である。
• 一部のCP反対称オペレーターに対しても制約が得られているが、CP対称の場合に比べ感度が弱いため、将来的に統計が向上すれば改善の余地がある。
• グローバルフィットの結果、観測されたヒッグス粒子は95%信頼水準で標準模型と整合しており、結合定数の逸脱は狭い範囲に制限されている。
• パワー発散を除去した後、S, T, Uパラメータへの対数寄与が制約の主因となり、特にαTおよびαUがウィルスン係数に特定の依存性を示す。
• 本分析は、CP保存およびCP破れの両方のオペレーターを同等に扱うことで、以前の研究に比べて更新されたモデルに依存しない有効結合定数の限界を提供する。