[論文レビュー] Towards the one loop IR/UV dictionary in the SMEFT: one loop generated operators from new scalars and fermions

Guilherme Guedes, P. Olgoso+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2023

Black Holes and Theoretical Physics被引用数 1

ひとこと要約

本稿では、追加のスカラーおよびフェルミオンを含む弱い結合新物理モデルからの、標準模型効果的場理論（SMEFT）における1ループ生成次元6オペレーターの、初めての体系的分類を提示する。著者らは、新規のMathematicaパッケージ「SOLD」を用いて、木レベルで生成されないオペレーター（例えば、3つのゲージ場強度を含むもの、2つの場強度とスカラーを含むもの、および電気双極子モーメントオペレーター）の完全な1ループマッチングを計算し、SMEFTにおける1ループのIR/UV辞書の構築に向けた基盤を提供する。

ABSTRACT

Effective field theories offer a rationale to classify new physics models based on the size of their contribution to the effective Lagrangian, and therefore to experimental observables. A complete classification can be obtained, at a fixed order in perturbation theory, in the form of IR/UV dictionaries. We report on the first step towards the calculation of the one loop, dimension 6 IR/UV dictionary in the SMEFT. We consider dimension-six operators in the SMEFT that cannot be generated at tree level in weakly coupled extensions of the Standard Model. This includes operators with three gauge field strength tensors, operators with two field strength tensors and two scalar fields and dipole operators. We provide a complete classification of renormalizable extensions of the Standard Model with new scalar and fermion fields that contribute to these operators at one loop order, together with their explicit contribution. Our results are encoded in a exttt{Mathematica} package called exttt{SOLD} (SMEFT One Loop Dictionary), which includes further functionalities to facilitate the calculation of the complete tree level and one loop matching of any relevant model via an automated interface to exttt{matchmakereft}. All operators in our list are indeed generated at the one loop order in the extensions considered with the exception of CP-violating ones with three field-strength tensors.

研究の動機と目的

• 弱い結合性のSM拡張における新しいスカラーおよびフェルミオン場からのSMEFT次元6オペレーターへの1ループ寄与項の体系的分類を確立すること。
• 木レベルでアクセスできない特定のクラスの次元6オペレーターを生成する、すべての規範的UV拡張を同定すること。
• 任意のこのようなモデルを1ループオーダーでSMEFTにマッチングする計算フレームワーク（SOLD）を構築すること。
• 3つのゲージ場強度、2つの場強度とスカラー、および電気双極子モーメントオペレーターを含む、木レベルで生成されないオペレーターの完全で明示的な1ループマッチング係数のリストを提供すること。
• SMEFTにおける完全な1ループ、次元6のIR/UV辞書を構築する基盤を築くこと。これにより、モデルに依存しない物性論的解析が、摂動論の次次項まで可能になる。

提案手法

• 弱い結合性のSM拡張において、木レベルで生成されないSMEFTの次元6オペレーターに注目し、3つのゲージ場強度、2つの場強度と2つのスカラー、および電気双極子モーメントオペレーターを含むものも含む。
• これらのオペレーターに1ループで寄与する、新しいスカラーおよびフェルミオン場を含むすべての規範的UVモデルを体系的に分類する。
• 標準的量子場理論的手法（ループ積分および次元正則化による正則化）を用いて1ループマッチング係数を計算する。
• 特に電気双極子型オペレーターにおいて、エバネッセントオペレーターの寄与を、先行研究の知見を用いて明示的に取り入れる。
• SMEFTへのマッチングを自動化するため、Mathematicaパッケージ「SOLD」を実装し、マッチメイクレフト（matchmakereft）へのインターフェースを提供する。
• ワルサワ基底を用い、冗長およびエバネッセントオペレーターを明示的な射影および再定義手順によって取り扱う。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 どの規範的UV拡張が、木レベルでアクセスできない次元6オペレーターを1ループで生成するか？
• RQ2 3つのゲージ場強度、2つの場強度とスカラー、および電気双極子モーメントオペレーターを含む、すべての1ループマッチング係数は何か？
• RQ3 エバネッセントオペレーターの寄与は、SMEFTにおける電気双極子モーメントオペレーターの物理的マッチング係数にどのように影響するか？
• RQ4 任意の新物理モデルに対して、1ループマッチングを計算する体系的かつ自動化されたフレームワークを構築可能か？
• RQ5 SMEFTにおける1ループIR/UV辞書の構造は何か？また、既存の木レベル辞書をどのように拡張するか？

主な発見

• 著者らは、CP対称性を破る3ゲージボソン場強度オペレーターを除き、新しいスカラーおよびフェルミオン場からのSMEFTにおける1ループ生成次元6オペレーターの完全な分類を提供している。
• リスト化されたすべてのオペレーターのマッチング係数が明示的に計算され、特に非アーベルゲージ群におけるX3クラス（例：α3V）に対しては閉じた形の式が導出された。
• 電気双極子モーメントオペレーターにおけるエバネッセントオペレーターの寄与が定量化され、最終結果に組み込まれており、ヤコビ係数およびξrpパラメータを含む明示的な係数シフトが示された。
• SOLDパッケージは、新しいスカラーおよびフェルミオンを含む任意のモデルについて、1ループマッチング処理を効率的に自動化できることを確認した。
• リストに含まれるすべてのオペレーターが、考慮されたUVモデルにおいて実際に1ループで生成されることを確認した。CP対称性を破る3場強度オペレーターを除く。
• このフレームワークは、SMEFTにおけるIR/UV辞書を1ループオーダーまで拡張する上で、極めて重要な基盤を提供しており、摂動論の次次項までに及ぶモデルに依存しない物性論的解析を可能にする。