[論文レビュー] Off-shell Higgs Interpretations Task Force: Models and Effective Field Theories Subgroup Report

Aleksandr Azatov, Jorge de Blas+9 more|arXiv (Cornell University)|Mar 4, 2022

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 1

ひとこと要約

この論文は、標準模型効果的場理論（SMEFT）フレームワーク内でのオフシェル・ヒッグス粒子生成について包括的な研究を提示し、高質量ヒッグス共鳴状態のデータが標準模型を越えた新しい物理を探査できることを示している。NLOツール（SMEFT@NLO、JHUGen/MCFM）を用いたSMEFT計算の進展を通じて、オフシェル測定が、特にgg→ZZ過程に関して、オンシェルフィットに加えて、次元6オペレーターに対する追加の制約を提供できることを示し、EFT分析を向上させるためにヒッグス基底パラメトライゼーションを明確にした。

ABSTRACT

This report presents the results of the Models and Effective Field Theories Subgroup of the Off-Shell Interpretations Task Force in the LHC Higgs Working Group. The main goal of the subgroup was to discuss and advance the potential impact of off-shell Higgs measurements on searches for BSM physics carried out in the EFT framework or as benchmark model studies. In the first contribution, the off-shell potential to resolve flat directions in parameter space for on-shell measurements is studied. Furthermore, the sensitivity of off-shell measurements to SMEFT dimension-6 operators for the gg $ o$ ZZ process is discussed, and studies of explicit models that are testable in off-shell production are reviewed. In the second contribution, the SMEFT effects in the off-shell gluon fusion and electroweak processes are discussed. Subsequently, the computation of integrated and differential effects using SMEFT@NLO and MG5_aMC@NLO, or JHUGen and MCFM, is demonstrated. On that basis, a study of the prospects of obtaining additional SMEFT constraints - beyond those from existing global fits - by utilising the off-shell process is presented. For clarification, a revised introduction, definition and discussion of the Higgs basis parametrisation of the SMEFT is given in the third contribution. In short notes on the SMEFT, the Higgs basis with an additional constraint is discussed and relations between the Higgs and Warsaw bases are presented. Lastly, an overview of EFT calculations and tools is given.

研究の動機と目的

• SMEFTの次元6オペレーターを通じて、オフシェル・ヒッグス測定が新しい物理にどれほど感度を持つのかを評価すること。
• オフシェル・ヒッグス生成の精度計算のため、SMEFT@NLO、JHUGen/MCFMといった高度なEFTツールの開発と適用を行うこと。
• SMEFTにおけるヒッグス基底パラメトライゼーションを明確にし、ワルサワ基底との関係および改良された変数定義を含めること。
• オフシェルデータが、既存のグローバルフィットを超えて、SMEFTウィルスン係数に対して追加的かつ独立した制約を提供できることを実証すること。
• オフシェル・ヒッグス物理学に向けたEFTツールおよび計算フレームワークの包括的概要を提供すること。

提案手法

• SMEFT@NLOフレームワークを用いて、QCDおよびQEDでNLOの精度でオフシェル・ヒッグス生成振幅を計算し、完全な干渉効果を含める。
• JHUGen+MCFMフレームワークを用いて微分断面積を計算し、gg→ZZおよび電弱過程におけるSMEFTオペレーターの制約を抽出する。
• SMEFTにおける見直されたヒッグス基底パラメトライゼーションを導出し、実装する。質量固有状態を定義し、RG不変性と解釈性を向上させる新しい変数を導入する。
• ヒッグス基底とワルサワ基底の関係を比較し、次元6オペレーターに対して明示的な変換関係を確立する。
• WCxfの慣習に従ってウィルスン係数を標準化し、EFTツール間の一貫性を確保する。
• オフシェルデータを用いたグローバルフィットと制約予測を実施し、オンシェル測定のみの分析に比べて感度が向上することを示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 オフシェル・ヒッグス測定は、オンシェル測定のパラメータ空間でデジェネレートしている平坦な方向を解消できるか？
• RQ2 オフシェル・ヒッグスデータは、特にgg→ZZ過程に関して、SMEFT次元6オペレーターの制約をどの程度改善できるか？
• RQ3 SMEFTにおけるヒッグス基底とワルサワ基底の関係は何か？また、ヒッグス基底はEFT解析においてどのような利点を提供するか？
• RQ4 NLO QCDおよびQED補正は、SMEFTにおけるオフシェル・ヒッグス生成にどのような影響を及ぼすか？
• RQ5 オフシェルデータは、オンシェル測定から得られるものとは独立して、SMEFT係数の制約を提供できるか？

主な発見

• オフシェル・ヒッグス測定は、オンシェルフィットでデジェネレートしているパラメータ空間の平坦な方向を解消でき、新しい物理への感度を向上させることができる。
• gg→ZZ過程に関しては、オフシェルデータが、オンシェルグローバルフィットに加えて、SMEFT次元6オペレーターに対する追加的かつ独立した制約を提供する。
• SMEFT@NLOおよびJHUGen+MCFMフレームワークは、NLOの精度で統合的および微分的オフシェル断面積を正確に計算でき、精密な制約抽出を可能にした。
• ヒッグス基底パラメトライゼーションは、質量固有状態に基づく物理的解釈と改善されたRG挙動のおかげで、EFT解析に適していることが示された。
• ヒッグス基底とワルサワ基底の間の明示的関係が導出され、一貫したオペレーターのマッチングと解釈が可能になった。
• この研究は、オフシェル・ヒッグスデータが、特にオンシェルデータと組み合わせた場合に、SMEFTウィルスン係数に対してより強く、より頑健な制約をもたらすことを確認した。