[論文レビュー] Tracks of resonances in electroweak effective Lagrangians

Ignasi Rosell, Claudius Krause+3 more|arXiv (Cornell University)|Oct 18, 2017

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 9被引用数 6

ひとこと要約

本稿は、非線形に実現された電弱対称性の破れの下で、重いスピン0、スピン1、色八重項、フェルミオン的励起状態を統合することで、低エネルギー電弱観測量から高エネルギー共振状態の物理学を再構成するボトムアップ型有効場理論フレームワークを構築する。電弱チャイralラグランジアンにおける次下一階の低エネルギー定数（LECs）を励起状態の質量と結合定数の関数として導出し、フェルミオン的およびボソン的寄与が弱い結合のおかげで同程度の次数で抑制されることを示し、高精度な低エネルギーデータからTeVスケールのニューサイエンスを間接的に探査可能であることを示している。

ABSTRACT

Taking into account the negative searches for New Physics at the LHC, electroweak effective theories are appropriate to deal with current energies. Tracks of new, higher scales can be studied through next-to leading order corrections of the electroweak effective theory. We assume a generic non-linear realization of the electroweak symmetry breaking with a singlet Higgs and a strongly-coupled UV-completion. We further consider a high-energy Lagrangian that incorporates explicitly a general set of new heavy fields. After integrating out these heavy resonances, we study the pattern of low-energy constants among the light fields, which are generated by the massive states.

研究の動機と目的

• 高エネルギー領域のニューサイエンスの励起状態と低エネルギー電弱観測量を有効場理論を通じて結びつけること。
• 従来の励起状態マッチングフレームワークを拡張し、有効理論にグルーオン、色八重項状態、フェルミオン的励起状態を含めること。
• 電弱チャイralラグランジアンにおける次下一階の低エネルギー定数（LECs）を励起状態パラメータの関数として導出すること。
• 高精度な低エネルギー物理学を通じて、TeVスケールの強い結合型ニューサイエンスを間接的に検出可能にする。
• 低エネルギー有効場理論を通じてUV完全モデルを体系的かつボトムアップ的に探査するためのアプローチを確立すること。

提案手法

• 標準模型の場と重い励起状態（スカラー、ベクトル、軸性、フェルミオン的）を含む高エネルギー有効理論を定式化し、電弱対称性が非線形に実現された状況を想定する。
• 一般ラグランジアンを用い、励起状態依存項（$\mathcal{L}_{\mathrm{R}}$）と励起状態非依存項（$\mathcal{L}_{\mathrm{non-R}}$）に分離する。
• 経路積分法を用いて重い励起状態を統合し、次下一階（NLO）で電弱チャイralラグランジアンにマッチングする。
• ベクトル励起状態に対してプローカ形式と反対称テンソル形式を併用し、両者がLECsの生成において同等であることを証明する。
• 紫外（UV）有限性を保証し、独立な励起状態パラメータの数を減らすために短距離制約を課す。
• フェルミオン的励起状態を弱い結合のダブルットとして取り扱い、二線形形式を$\mathcal{O}(p)$と仮定することで、一貫したパワー・カウンティングを維持する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 低エネルギー電弱観測量は、仮説的なTeVスケールの励起状態の性質をどの程度制約できるか？
• RQ2 重い励起状態を統合することで生成される電弱チャイralラグランジアンにおける低エネルギー定数（LECs）のパターンは何か？
• RQ3 フェルミオン的、ベクトル的、軸性的、および色付き励起状態の寄与は、NLO LECに与える影響の程度はどのように比較できるか？
• RQ4 短距離制約は独立な励起状態パラメータの数をどの程度減少させるか？
• RQ5 ベクトル励起状態のプローカ形式と反対称テンソル形式の等価性は、LECsへのマッチングの文脈で厳密に確立できるか？

主な発見

• フェルミオン的励起状態とボソン的励起状態のNLO LECへの寄与は、フェルミオン的電流の弱い結合のおかげで、素朴な期待とは異なり同程度の次数で抑制される。
• グルーオンと色八重項励起状態を含めることで、従来の研究を越えたフレームワークが得られ、電弱系における強い相互作用のより包括的な記述が可能になる。
• プローカ形式と反対称テンソル形式の両方が、LECsに対して同一の予測をもたらすことが確認され、マッチング手順における物理的等価性が裏付けられた。
• 本フレームワークにより、質量や結合定数といった励起状態パラメータが低エネルギーLECsから再構成可能であり、ニューサイエンスの間接的探査が可能になる。
• 短距離制約を用いることで、独立な励起状態パラメータの数が削減され、良好なUV完成性が保証される。
• 本分析により、強い結合型電弱系における高エネルギー力学と低エネルギー物理学を結びつける体系的かつモデルに依存しない手法が提供される。