[論文レビュー] Electroweak precision constraints at present and future colliders

Jorge de Blas, M. Ciuchini+5 more|arXiv (Cornell University)|Nov 16, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 15被引用数 7

ひとこと要約

この論文は、現在のデータを用いた電弱精度観測量（EWPO）に対するモデルに依存しないグローバルフィットを提示し、将来の $e^+e^-$ コライダーにおける新しい物理の感度を予測する。HEPfitコードを用いて次元6の有効場理論演算子を分析し、将来のコライダーが38 TeVまで新しい物理のスケールを探索可能であることを示している。これは現在の3–12 TeVの95%信頼区間の上限と比べて顕著に向上する。

ABSTRACT

We revisit the global fit to electroweak precision observables in the Standard Model and present model-independent bounds on several general new physics scenarios. We present a projection of the fit based on the expected experimental improvements at future $e^+ e^-$ colliders, and compare the constraining power of some of the different experiments that have been proposed. All results have been obtained with the HEPfit code.

研究の動機と目的

• 最新の実験データを用いて、標準模型の電弱精度観測量（EWPO）に対するグローバルフィットを更新すること。
• 有効場理論のパrameterizationを用いて、モデルに依存しない新しい物理のスケーリングを導出すること。
• 将来の $e^+e^-$ コライダー（FCCee、ILC、CEPC）が標準模型を超える新しい物理をどの程度感度で探ることができるかを予測すること。
• 統一されたフレームワークを用いて、異なる将来のコライダー設計の制約力の違いを比較すること。
• 理論的不確実性が将来の新しい物理の感度に与える影響を評価すること。

提案手法

• LEP、SLD、Tevatron、LHC、および $\tau$-レプトン実験からのデータを組み合わせた、電弱精度観測量（EWPO）に対するグローバルフィットを、HEPfitソフトウェアを用いて実施する。
• 標準模型有効場理論（SMEFT）における次元6の演算子を用いて新しい物理をパラメータライズし、歪みのない $S$、$T$、$U$ パラメータおよび $Z\bar{b}b$、ヒッグス結合、フェルミオン四体演算子などの特定の相互作用を含む。
• 10個の次元6の演算子を含み、物理的でない寄与を除去するために場の再定義を用いて平坦な方向を排除する。
• 将来の $e^+e^-$ コライダー（FCCee、ILC、CEPC）およびハイライトルミノリティLHCの感度を予測し、実験的精度の向上を仮定して計算する。
• 理論的不確実性を推定し、予測に組み込み、将来の標準模型計算が3ループレベルまで必要であり、感度を最大限に活用するためである。
• 結果は、95%信頼区間における演算子係数 $c_i/\Lambda^2$ の境界として提示され、単一演算子フィットとグローバルフィットの比較が行われる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 現在の電弱精度観測データから、モデルに依存しない新しい物理のスケールはどの程度制限されているか？
• RQ2 将来の $e^+e^-$ コライダーは、標準模型を超える新しい物理の感度をどの程度向上させるか？
• RQ3 歪みの修正やヒッグス結合の変更といった、どのような新しい物理のシナリオが将来の実験で最も厳密に制限されるか？
• RQ4 SMEFTフレームワーク内での異なる次元6の演算子間の相関が、グローバル限界にどのように影響するか？
• RQ5 標準模型の予測における理論的不確実性が、将来の電弱精度測定の感度にどの程度制限を及えるか？

主な発見

• 現在の電弱精度観測データは、演算子に依存して $\Lambda \gtrsim 3$–12 TeV の範囲で、95%信頼区間において新しい物理のスケールを制限している。
• 将来の $e^+e^-$ コライダーは、相互作用の種別と実験的精度に応じて、$\Lambda \gtrsim 10$–38 TeV の範囲で新しい物理のスケールを探索可能である。
• $A_{\rm FB}^{0,b}$ の前後方向非対称性には $-2.6\sigma$ の乖離が見られ、グローバルフィットにおいて最も顕著な矛盾を引き起こしている。
• 複数の演算子を同時にフィットするグローバルフィットでは、相関が個々の境界を弱める。唯一、${\cal O}_{\phi d}^{(1)}$ のみが95%信頼区間で標準模型と矛盾しない。
• FCCee、ILC、CEPCの新しい物理に対する感度は、大きさとしては同等であり、現在の上限と比べて精度が最大で1桁向上する。
• 将来のコライダーの感度を最大限に活用するためには、標準模型の予測における理論的不確実性を3ループレベルまで制御する必要がある。