[論文レビュー] Impact of CDF-II measurement of $M_W$ on the electroweak legacy of the LHC Run II

Eduardo da Silva Almeida, Alexandre Florindo Alves+2 more|arXiv (Cornell University)|Apr 21, 2022

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 7

ひとこと要約

本稿は、最新のCDF-IIによるWボソン質量測定値（$M_W = 80.4335 \pm 0.0094$ GeV）および更新されたトップクォーク質量を用いて、標準模型効果的場理論（SMEFT）の電弱全般的なフィットを再評価する。Hagiwara-Ishihara-Szalapski-Zeppenfeld（HISZ）基底を用い、8つの木レベル電弱精度観測量を直接制約する。主な発見は、新しい$M_W$値が$S$-$T$平面の制約を正の$T$方向にシフトさせ、標準模型（SM）から約$3\sigma$のずれを示すことである。一方、全球フィットにおいて顕著なシフトを示すのは$f_{BW}$、$f_{\Phi,1}$、および$f^{(1)}_{\Phi,e}$の3つの係数に限られ、それらすべてが$1\sigma$不確実性内ではゼロと整合的である。

ABSTRACT

We analyze the impact of the recently released CDF-II measurement of $W$ mass on the SMEFT analyses of the electroweak precision data as well as Higgs and electroweak diboson productions. We work in the Hagiwara, Ishihara, Szalapski, and Zeppenfeld basis in which eight generation-independent operators enter in the electroweak precision data at tree level and, unlike in the Warsaw basis, the analysis of that set of data constrains all the eight Wilson coefficients, without the need of combination with Higgs or electroweak diboson data results. We show that in the global analysis the determination of the coefficients of all operators which do not enter the electroweak precision data are barely affected by the new $M_W$ determination.

研究の動機と目的

• LHCランII電弱レガシーデータの文脈において、新しいCDF-II $M_W$ 測定値が電弱精度データ（EWPD）に与える影響を評価すること。
• 更新された$M_W$およびトップクォーク質量が、Hagiwara-Ishihara-Szalapski-Zeppenfeld（HISZ）基底を用いた全球SMEFTフィットに与える影響を評価すること。この基底により、ヒッグスや二ボソンデータに依存せず、8つのウィルソン係数を直接制約可能である。
• STXSヒッグスおよび二ボソンデータを含む全球フィットにおいて、観測された$M_W$のSMとの不一致が継続するかを特定し、ウィルソン係数の制約の変化を定量化すること。
• 新しい測定値の潜在的な系統的バイアスを考慮し、CDF-II測定値と標準平均値との間で結果を比較すること。

提案手法

• 本分析では、電弱精度データに影響を与える8つのSMEFTオペレーターに対する直接的・モデルに依存しない制約を可能にするHagiwara-Ishihara-Szalapski-Zeppenfeld（HISZ）基底を用いる。これらのオペレーターは$\mathcal{O}(\Lambda^{-2})$で効果を示す。
• 著者らは、電弱精度データ（EWPD）、STXSを介したヒッグス生成、および二ボソン生成データを組み合わせた全球フィットを実施し、理論的予測をウィルソン係数の$\mathcal{O}(\Lambda^{-2})$で評価する。
• 新しいCDF-II $M_W = 80.4335 \pm 0.0094$ GeVおよび更新されたトップクォーク質量（CMSからの$m_t = 171.79 \pm 0.38$ GeV）が分析に組み込まれ、以前の平均値に置き換えられる。
• $\chi^2$に基づくマージナル化を用いて、全ウィルソン係数について1次元の$\Delta\chi^2$分布および95%信頼水準（CL）の許容範囲を導出する。
• 新しい$M_W$および$m_t$値を用いた結果と、以前の標準平均値を用いた結果を比較し、これら2つの入力が与える影響を分離する。
• 相関行列と$\Delta\chi^2$スキャンを用いて、特に$S$-$T$平面および21次元パラメータ空間における許容領域のシフトを可視化する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 新しいCDF-IIによる$M_W = 80.4335 \pm 0.0094$ GeVの測定値は、HISZ基底における全球SMEFTフィット、特に$S$-$T$平面にどのように影響を与えるか？
• RQ2 更新された$M_W$および$m_t$値は、直接的にEWPDで制約されないウィルソン係数の許容範囲をどの程度シフトさせるか？
• RQ3 STXSヒッグスおよび二ボソンデータを含む全球フィットにおいて、$M_W$の不一致は継続するか？また、$f_{BW}$、$f_{\Phi,1}$、$f^{(1)}_{\Phi,e}$の制約はどのように変化するか？
• RQ4 新しい$M_W$および$m_t$値を組み込むことで、ウィルソン係数間の相関はどのように変化するか？また、これは新しい物理の解釈にどのような影響を与えるか？
• RQ5 新しい$M_W$が四レプトンオペレーター係数$f_{LLLL}$に与える定量的効果は何か？なぜそのシフトは非常に小さいのか？

主な発見

• 新しいCDF-II $M_W$ 測定値により、$S$-$T$平面の制約は正の$T$方向にシフトし、標準模型（SM）予測（$T = 0.197 \pm 0.065$）から約$3\sigma$のずれが生じる。
• EWPDへの8パラメータSMEFTフィットにおいて、ウィルソン係数$f_{BW}/\Lambda^2 = 0.220 \pm 0.511$ TeV$^{-2}$および$f_{\Phi,1}/\Lambda^2 = -0.026 \pm 0.045$ TeV$^{-2}$は$1\sigma$でゼロと整合的であるが、新しい$M_W$および$m_t$値の影響により顕著なシフトを示す。
• 他のフェルミオン的オペレーターで顕著な影響を受けるのは${\cal O}^{(1)}_{\Phi,e}$のみであり、$f^{(1)}_{\Phi,e}/\Lambda^2 = -0.002 \pm 0.021$ TeV$^{-2}$である。これは主に更新された$m_t$の影響によるもので、$M_W$の影響は小さい。
• STXSヒッグスおよび二ボソンデータを含む全球フィットにおいて、顕著なシフトを示すのは$f_{BW}$、$f_{\Phi,1}$、$f^{(1)}_{\Phi,e}$の3つの係数に限られ、他のすべての係数は新しい$M_W$および$m_t$値の影響をほとんど受けていない。
• 係数$f_{LLLL}/\Lambda^2 = 0.013 \pm 0.014$ TeV$^{-2}$は、新しい$M_W$と$m_t$の効果が相殺されることで非常に小さなシフトを示し、ゼロと整合的のまま維持される。
• 全球フィットにおける全ウィルソン係数の95% CL許容範囲は、すべて標準模型と整合的であり、95% CLで除外される係数は存在しない。これは、現在の精度では新しい物理の明確な証拠がないことを示している。