[論文レビュー] Global SMEFT Fits at Future Colliders

Jorge de Blas, Y. Du+7 more|arXiv (Cornell University)|Jun 16, 2022

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 14

ひとこと要約

本稿は、標準模型効果的場理論（SMEFT）フレームワーク内でグローバルフィットを実施し、未来のレプトン衝突機—e+e−およびミューオン衝突機—が次元6の演算子を通じて新しい物理学への感受性を評価する。ヒッグスおよび電弱相互作用領域、4フェルミオン相互作用、トップクォークの結合、CP奇のボソン的演算子を分析し、未来の衝突機がヒッグスおよび電弱結合に関する精度を2–10倍向上できることを示している。線形e+e−衝突機は、より高いエネルギーと偏光ビームのおかげで、4フェルミオン相互作用に対して優れた探査能力を示す。

ABSTRACT

Based on the framework of Standard Model Effective Field Theory, we performed a few global fits, each containing a subset of dimension-6 operators, for the measurements that are expected at future colliders. The fit for the Higgs and electroweak sector improves what has been done for the European Strategy Update in 2020 on both EFT treatments and experimental inputs. A new comprehensive fit is performed focusing on 4-fermion interactions at future colliders. Top-quark sector is studied in a dedicated fit which restricts the operators and measurements to be directly related to top-quark. A small subset of CP-violating operators involving bosonic fields alone are also investigated. Various running scenarios for future e+e- and Muon Colliders that are suggested in the Snowmass 2021 discussion are considered in the global fits. The outcomes from each fit are expressed in terms of either direct constraint on Wilson Coefficients or precision on Higgs and electroweak effective couplings.

研究の動機と目的

• . 未来のe+e−およびミューオン衝突機がグローバルSMEFTフィットを通じて新しい物理学への感受性を評価すること。
• . 現在のLHCおよびEFT処理を上回る、ヒッグスおよび電弱有効結合に関する制約を強化すること。
• . 未来の衝突機データを用いて4フェルミオン相互作用およびトップクォーク領域の探査能力を評価すること。
• . SMEFTフレームワーク内で、純粋にボソン的場のみを含むCP奇の演算子を調査すること。
• . HL-LHCと未来のレプトン衝突機の間の相乗効果が、グローバルEFTフィットにおけるトップクォークおよびヒッグス結合の精度をどのように向上させるかを定量化すること。

提案手法

• . ウォーリングス基底における次元6の演算子のサブセットを用いて、グローバルSMEFTフィットを実施する。
• . 未来のe+e−およびミューオン衝突機の実験的入力を使用する。これにはZ極、WW閾値、高エネルギー走行が含まれる。
• . ヒッグス粒子の結合定数、電弱観測量、二ボソン生成、トップクォーク生成の精度測定を適用する。
• . 偏光ビームと複数の走行スケジュールを組み込み、感受性の向上を評価する。
• . ベイズ推論を用いてウィルソン係数および有効結合に関する制約を導出する。
• . 円形および線形e+e−衝突機、およびミューオン衝突機を、さまざまな全ラミニリアティおよびエネルギー条件の下で比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 . 未来のe+e−およびミューオン衝突機は、HL-LHCに比べてヒッグスおよび電弱有効結合をどの程度高い精度で制約できるか？
• RQ2 . 未来の衝突機は4フェルミオン相互作用をどの程度探査できるか。偏光ビームおよびエネルギー範囲の向上が感受性に与える影響は？
• RQ3 . HL-LHCと未来のレプトン衝突機の相乗効果は、トップクォークおよびヒッグス結合のグローバルSMEFTフィットをどのように向上させるか？
• RQ4 . 未来の衝突機走行において、CP奇で純粋にボソン的場からなる次元6の演算子にどの程度の制約を課せるか？
• RQ5 . とりわけ円形e+e−衝突機において、NNLOを超える電弱補正の理論的不確実性が、将来的なZ極およびWW閾値走行における精度測定にどのように影響するか？

主な発見

• . 未来のe+e−衝突機は、HL-LHCに比べてヒッグス結合の精度を2–10倍向上できる。円形e+e−衝突機はZ極およびWW閾値走行において優れた性能を示す。
• . 線形e+e−衝突機は、より高い中心系エネルギーと偏光ビームの利点から、4フェルミオン演算子に対する感受性が著しく向上し、強い結合モデルでは最大O(100 TeV)のスケールまで探査可能となる。
• . 未来のe+e−衝突機では、ヒッグス全幅を自由パラメータとして扱えるため、新しいタイプのヒッグス崩壊の制約が可能になる。
• . HL-LHCと未来のレプトン衝突機の相乗効果により、レアヒッグス崩壊（H→γγ、γZ、μμ）およびトップヤーコフ結合の精度が向上する。
• . トップクォーク領域の測定は、未来のe+e−衝突機がトップ対生成閾値以上で走行する際に著しく向上する。接触相互作用のデゲネラシーを解消するには、2つのエネルギー走行が必要となる。
• . 未来のZ極プログラムの精度に適合させるには、NNLOを超える電弱補正が不可欠であり、特に円形e+e−衝突機において重要となる。