[論文レビュー] Tests of the Standard Model at the International Linear Collider

H. Fujii, Christophe Grojean+20 more|arXiv (Cornell University)|Aug 29, 2019

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 50被引用数 57

ひとこと要約

この論文は、ILCが標準モデルの高精度検証を実施できる方法を概観しており、精密電弱測定、SMEFTヒッグス適合、ヒッグス自己結合、そして多段階のエネルギーでのトップ/ボトム量子の研究を含む。

ABSTRACT

We present an overview of the capabilities that the International Linear Collider (ILC) offers for precision measurements that probe the Standard Model. First, we discuss the improvements that the ILC will make in precision electroweak observables, both from W boson production and radiative return to the Z at 250 GeV in the center of mass and from a dedicated GigaZ stage of running at the Z pole. We then present new results on precision measurements of fermion pair production, including the production of b and t quarks. We update the ILC projections for the determination of Higgs boson couplings through a Standard Model Effective Field Theory fit taking into account the new information on precision electroweak constraints. Finally, we review the capabilities of the ILC to measure the Higgs boson self-coupling.

研究の動機と目的

• ILCがW生成による精密電弱観測量、Z極運転（GigaZ）、および250 GeVでのZへの放射戻りを通じて、精度をどのように向上させるかを評価する。
• 洗練された電弱制約を用いたSMEFT適合によるヒッグス結合の予測を更新する。
• SMEFT解釈におけるヒッグス自己結合測定の能力と、SMEFT解釈のためのトップ/ボトム量子対生成の能力を評価する。
• ILC走査計画、ビーム偏光・ビームエネルギー測定戦略、およびそれらが系統的不確実性に与える影響の概説。
• ILC250、ILC350、ILC500、GigaZ、およびILC1000段階にわたる精密測定の定量的予測を提供する。

提案手法

• 各エネルギー（250、350、500 GeV、さらに1 TeVおよびGigaZ）での段階的なILC走査計画と総積分ルミノシティを説明する。
• ビーム偏光、ビームエネルギー、ルミノシティの精密要件と測定戦略を詳述する。
• フェルミオン対生成、ヒッグス生成、精密電弱データからの観測量を用いたSMEFTベースのヒッグス結合適合を提示する。
• WWイベントおよびレプトニック/ハドロン崩壊からのW質量と幅の抽出法を分析し、系統的不確実性を含む。
• Zへの放射戻り測定とGigaZデータを組み込み、電弱制約とSMEFT適合を鋭化する。
• トップ/ボトム量子対生成をSMEFT探索として議論し、それらがYukawa結合と電弱結合に与える影響。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ILCはWボゾンの性質（質量、幅）に対してどれだけの精度を達成できるか、そして各段階で系統誤差がどの程度支配的になるか。
• RQ2 ヒッグス、EW、およびフェルミオン対プロセスを含むILCの観測量に対する世界規模フィットによってSMEFT係数をどのように制約できるか？
• RQ3 さまざまなILCエネルギーにおけるヒッグス結合と自己結合の予測精度、そしてGigaZがそれらをどのように改善するか？
• RQ4 ILC測定はSMEFTにおけるトップおよびボトム量子演算子の効果をどれだけ効果的に分離できるか？
• RQ5 これらの精密目標を実現するうえで、ビーム偏光、エネルギー校正、ルミノシティの役割は何か？

主な発見

• ILC250での>10^7個のWボゾンにより、m_W ~ 1.1 MeVの統計的不確実性、Γ_W ~ 3.2 MeVが、規定された質量分解能の下で得られる。
• ビーム偏光とエネルギー測定はパーミル以下の制御を達成可能で、左・右対称性およびEW観測量の高精度を実現する。
• SMEFT適合はILCで250–1000 GeV段階を通じてヒッグス結合の不確実性を1%未満へ押し込み、特にGigaZ制約を組み込むと顕著。
• ヒッグス自己結合は500 GeVと1 TeVでの二重ヒッグス生成を通じて直接測定され、測定を組み合わせることで精度は10%未満を見込む。
• Zへの放射戻りとGigaZ運用は電弱制約を大幅に改善し、SMEFT解析とZ-fermion結合測定を情報提供する。
• ILCの偏光ビーム計画は four-fermion および fermion-pair プロセスでSMEFT係数を独立して測定でき、モデルに依存しないDeterminationsを提供する。