[論文レビュー] Renormalization of dimension-six operators relevant for the Higgs decay h -> {\gamma} {\gamma}

Joan Elias Miró, J. R. Espinosa+2 more|arXiv (Cornell University)|Feb 22, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 40

ひとこと要約

この論文は、ヒッグス崩壊 h → γγ に影響する次元6オペレーターの1ループの再結合を計算し、現在-現在オペレーターの混合から対数的増幅寄与が生じないことを示している。また、再結合群混合を通じて寄与可能なのは、1ループサイズのウィルソン係数を持つオペレーター、特にフェルミオン磁気双極子-双極子オペレーターに限られることを示しており、適切なオペレーター基底の選択により解析が単純化されることを明らかにしている。

ABSTRACT

The discovery of the Higgs boson has opened a new window to test the SM through the measurements of its couplings. Of particular interest is the measured Higgs coupling to photons which arises in the SM at the one-loop level, and can then be significantly affected by new physics. We calculate the one-loop renormalization of the dimension-six operators relevant for h -> {\gamma} {\gamma}, which can be potentially important since it could, in principle, give log-enhanced contributions from operator mixing. We find however that there is no mixing from any current-current operator that could lead to this log-enhanced effect. We show how the right choice of operator basis can make this calculation simple. We then conclude that h -> {\gamma} {\gamma} (and also h -> {\gamma} Z) can only be affected by RG mixing from operators whose Wilson coefficients are expected to be of one-loop size, among them fermion dipole-moment operators which we have also included.

研究の動機と目的

• 有効場理論フレームワークにおけるオペレーター混合が、次元6オペレーターを介してヒッグス崩壊 h → γγ に対数的増幅寄与を生じるかどうかを調査すること。
• 再結合群発展による対数的増幅の可能性に関して、現在-現在オペレーターの役割を明確にすること。
• 適切なオペレーター基底の選択が、再結合計算の簡素化と有効場理論的手法における一貫性の確保に寄与することを示すこと。
• ウィルソン係数の自然なサイズ見積もりを前提として、どの次元6オペレーターが再結合群混合を通じて h → γγ に現実的に寄与できるかを特定すること。

提案手法

• 標準模型有効場理論（SMEFT）における次元6オペレーターの1ループ再結合群方程式（RGE）を用いた計算が行われた。
• 冗長オペレーターによる複雑さを回避するため、混合構造を単純化する特定のオペレーター基底が使用された。
• 特にヒッグス磁気双極子オペレーターと他の次元6オペレーター、特に現在-現在型との混合に注目した分析が行われた。
• フェルミオン磁気双極子-双極子オペレーターが明示的に含まれ、その再結合群混合における潜在的役割が評価された。
• 異常次元行列の構造を分析することで、対数的増幅の可能性を評価した。
• 各オペレーターの混合パターンにおける重要性を評価するために、1ループレベルで予想されるウィルソン係数の大きさを比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SMEFTにおける現在-現在オペレーターは、再結合群混合を通じて h → γγ に対数的増幅寄与を生じるか？
• RQ2 オペレーター基底の選択が、h → γγ における1ループ再結合計算の簡素さと正確さに与える影響は何か？
• RQ3 ウィルソン係数の自然なサイズ見積もりを前提として、どの次元6オペレーターが再結合群混合を通じて h → γγ に現実的に寄与できるか？
• RQ4 フェルミオン磁気双極子-双極子オペレーターは、h → γγ 振幅の再結合において重要な役割を果たすか？
• RQ5 1ループ寄与を超える高次の混合を通じて、h → γγ に大きな対数的増幅が生じるメカニズムは存在するか？

主な発見

• 現在-現在オペレーターとの混合から、ヒッグス崩壊 h → γγ の再結合において対数的増幅寄与が生じないことが判明した。これは、予想される可能性とは対照的である。
• 適切なオペレーター基底の選択が、再結合手順の大幅な簡素化と誤った混合効果の回避に寄与することが明らかになった。
• 1ループサイズのウィルソン係数を持つオペレーター、特にフェルミオン磁気双極子-双極子オペレーターのみが、再結合群混合を通じて h → γγ に意味的な寄与を示す。
• したがって、ヒッグス崩壊 h → γγ は主に1ループサイズの係数に影響を受けており、高次の混合効果による顕著な増幅は見られない。
• フェルミオン磁気双極子-双極子オペレーターは、検討された次元6オペレーターの中で、再結合群混合における最も関連性の高い寄与要因であると特定された。