[論文レビュー] The Standard Model from the LHC to future colliders: a contribution to the Workshop "What Next" of INFN

Stefano Forte, A. Nisati+17 more|arXiv (Cornell University)|May 6, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 364被引用数 3

ひとこと要約

このレビューは2014年時点における標準模型の物理的状態を要約したもので、LHCの結果と将来の衝突機の見通しに焦点を当てている。ヒッグス粒子の性質、トップクォークの物理学、電弱精度、有効場理論といった主要な測定を概説するとともに、標準模型を超える新しい物理を探索するための高精度計算およびモンテカルロシミュレーションのツールを発展させている。

ABSTRACT

This Report summarizes the results of the activities in 2014 of the Standard Model Working Group within the workshop "What Next" of INFN. We present a framework, general questions, and some indications of possible answers on the main issue for Standard Model physics in the LHC era and in view of possible future accelerators.

研究の動機と目的

• 2014年までに収集されたLHCデータに基づく標準模型の状態を評価すること、特に125 GeVのヒッグス粒子の発見に焦点を当てる。
• 将来の衝突機で新しい物理を探索するための、標準模型の完全性を検証するための重要な測定と理論的ツールを特定すること。
• 電弱精度物理学、トップクォークの性質、有効場理論の役割が、新しい物理のシナリオを制限する上で果たす意義を評価すること。
• 高精度測定、直接探索、モデル構築のあらゆる分野において柔軟性を保てるバランスの取れた研究戦略を提言すること。
• 現在の理論的および実験的能力を基盤として、将来のHL-LHC、ILC、FCCからのデータ解釈のためのフレームワークを提供すること。

提案手法

• 利用可能な理論的および実験的ツールを用いて、WおよびZボソンの質量を含む電弱精度観測量の体系的レビュー。
• 特に次元6の演算子を用いた有効場理論（EFT）フレームワークの適用により、ヒッグス結合のずれを解釈し、新しい物理を制限する。
• ジェットおよびベクトルボソン生成の高次のQCD計算および再結合技術の開発と評価。
• NLOおよびNNLO QCD補正を組み込んだモンテカルロイベントジェネレータの統合、およびパートンシャワーとのマージング。
• ヒッグス粒子の崩壊および生成データからモデルに依存しない情報を抽出するための擬似観測量の使用。
• ブーストされた最終状態における新しい物理を探索するためのジェット構造解析技術（グルーミング、形状）の分析。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ヒッグス系において、新しい物理を最も感受しやすいプローブは何か。そして、それらはLHCデータからどのように抽出できるか。
• RQ2 トップクォークの質量および結合定数はどの程度の精度で測定可能であり、それらが電弱系に何を示唆するか。
• RQ3 次元6の有効場理論は、ヒッグスおよびベクトルボソン結合における標準模型からのずれをどの程度正確に記述できるか。
• RQ4 ILCやFCCのような将来の衝突機で、電弱観測量の精度をどの程度向上できるか。
• RQ5 高次のQCD補正やモンテカルロジェネレータといった理論的ツールは、将来の発見可能性を支援するためにどのように最適化できるか。

主な発見

• 125 GeVのヒッグス粒子は、現在の実験的および理論的不確実性の範囲内で標準模型と整合的であるが、結合定数のずれは将来の高精度研究の主要なターゲットのままである。
• WおよびZボソンの電弱精度測定は、標準模型の予測と良好に一致しているが、10–100 GeVスケールでの新しい物理をテストするにはさらなる改善が必要である。
• トップクォークの質量および結合定数は、精度が向上しており、それらが標準模型の予測と整合的であることは、トップ系における新しい物理の制限に寄与している。
• 次元6の有効場理論は、ヒッグス結合のずれを解釈するための堅牢なフレームワークを提供しており、Snowmassの研究が将来の感度のベンチマークを設定している。
• 高次のQCD補正および再結合技術は、ジェットおよびベクトルボソン断面積予測の正確性を著しく向上させ、バックグラウンド推定に不可欠である。
• NLO+PSマージングおよびNNLO+PSジェネレータを備えたモンテカルロツールは、完全な精度に近づきつつあり、将来の衝突機における複雑な最終状態の信頼性あるシミュレーションを可能としている。