[논문 리뷰] Combined SMEFT interpretation of Higgs, diboson, and top quark data from the LHC

Jacob Ethier, Giacomo Magni외 7명|arXiv (Cornell University)|2021. 04. 30.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 117인용 수 23

한 줄 요약

이 논문은 6차원에서의 표준모형효과적장이론(SMEFT)을 사용하여 LHC 데이터의 글로벌이고 모델에 종속되지 않는 분석을 제시한다. 이는 힉스, 이이온, 쿼크 측정치로부터 동시에 36개의 윌슨 계수를 제약한다. NLO QCD 및 2차 O(Λ⁻⁴) 보정을 포함함으로써, 이러한 효과들이 사후 분포를 정확하게 매핑하는 데 필수적임을 보여주며, 표준모형을 초월한 새로운 물리 현상을 탐색하는 데 있어 토프, 힉스, 이이온 데이터 간의 강력한 상호보완성이 드러난다.

ABSTRACT

We present a global interpretation of Higgs, diboson, and top quark production and decay measurements from the LHC in the framework of the Standard Model Effective Field Theory (SMEFT) at dimension six. We constrain simultaneously 36 independent directions in its parameter space, and compare the outcome of the global analysis with that from individual and two-parameter fits. Our results are obtained by means of state-of-the-art theoretical calculations for the SM and the EFT cross-sections, and account for both linear and quadratic corrections in the $1/Λ^2$ expansion. We demonstrate how the inclusion of NLO QCD and $\mathcal{O}\left( Λ^{-4} ight)$ effects is instrumental to accurately map the posterior distributions associated to the fitted Wilson coefficients. We assess the interplay and complementarity between the top quark, Higgs, and diboson measurements, deploy a variety of statistical estimators to quantify the impact of each dataset in the parameter space, and carry out fits in BSM-inspired scenarios such as the top-philic model. Our results represent a stepping stone in the ongoing program of model-independent searches at the LHC from precision measurements, and pave the way towards yet more global SMEFT interpretations extended to other high-$p_T$ processes as well as to low-energy observables.

연구 동기 및 목표

• 6차원에서의 SMEFT 프레임워크 내에서 힉스, 이이온, 쿼크 측정치에서의 LHC 데이터에 대한 글로벌이고 모델에 종속되지 않는 해석을 수행한다.
• 1/Λ² 전개에서 선형 및 2차 보정을 고려하여 동시에 36개의 독립된 윌슨 계수를 제약한다.
• 표준모형을 초월한 새로운 물리 현상을 탐색하는 데 있어 토프, 힉스, 이이온 측정치 간의 상호보완성과 상호작용을 평가한다.
• NLO QCD 및 O(Λ⁻⁴) 보정이 EFT 계수의 사후 분포 정확도에 미치는 영향을 평가한다.
• 미래의 글로벌 EFT 피팅을 위해 공개되고 재사용 가능한 데이터셋과 분석 프레임워크(SMEFiT)를 제공한다.

제안 방법

• ATLAS, CMS, LEP의 실험 측정치를 조합한 글로벌 우도 분석을 사용하여 힉스, 이이온, 쿼크 부문의 데이터를 통합한다.
• 표준모형 및 SMEFT의 획기적인 이론 계산을 적용하여, NLO QCD 보정 및 O(Λ⁻⁴) 2차 항을 포함한다.
• 36차원의 SMEFT 매개변수 공간에서 사후 분포를 샘플링하기 위해 내재 샘플링과 몬테카를로 복제 방법을 사용한다.
• 주성분 분석을 수행하여 EFT 매개변수 공간에서 가장 민감한 방향을 식별한다.
• 베이지안 재가중법을 사용하여 새로운 측정치의 영향을 사후적으로 평가한다.
• SMEFiT 프로젝트 웹사이트 및 GitHub 리포지토리를 통해 사후 분포의 Nspl 샘플을 공개한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 NLO QCD 및 O(Λ⁻⁴) 보정은 글로벌 피팅에서 SMEFT 윌슨 계수의 사후 분포 정확도에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 토프 쿼크, 힉스, 이이온 데이터 간의 상대적 민감도와 상호보완성은 SMEFT 매개변수 제약에 어떻게 작용하는가?
• RQ3 1/Λ² 전개에서의 2차 보정은 선형 근사와 비교해 EFT 계수 간의 상관관계를 어떻게 변화시키는가?
• RQ4 히iggs, 이이온, 쿼크 데이터 각각이 36차원의 SMEFT 매개변수 공간을 얼마나 정밀하게 제약하는가?
• RQ5 톱-필리아 모델과 같은 BSM 유도 시나리오가 SMEFT 프레임워크 내에서 통합된 데이터를 얼마나 잘 기술하는가?

주요 결과

• NLO QCD 및 O(Λ⁻⁴) 보정을 포함하는 것은 SMEFT 윌슨 계수의 사후 분포를 정확히 매핑하는 데 필수적이며, 이는 매개변수 공간의 새로운 방향에 대한 민감도를 도입한다.
• 2차 보정은 EFT 매개변수 간의 상관관계를 크게 감소시켜 개별 계수의 제약 정밀도를 향상시킨다.
• NLO QCD 보정 또한 상관계수의 절대값을 감소시켜, 피팅된 매개변수 간의 독립성을 더욱 향상시킨다.
• 토프 쿼크, 힉스, 이이온 데이터는 강력한 상호보완성을 보이며, 36차원의 SMEFT 매개변수 공간의 서로 다른 영역에 고유한 민감도를 기여한다.
• 개별 또는 이변수 피팅에 비해 진정한 글로벌 EFT 분석의 힘을 입증하기 위해, 글로벌 피팅은 36개의 윌슨 계수를 더 정밀하게 제약한다.
• SMEFiT 프레임워크는 36차원의 SMEFT 매개변수 공간에 대해 50,000개의 사후 샘플을 포함한 공개되고 재사용 가능한 데이터셋을 제공하여, 향후 재가중 및 통계 분석을 가능하게 한다.