[논문 리뷰] Effective Higgs Lagrangian and Constraints on Higgs Couplings

Hermès Bélusca-Maïto|arXiv (Cornell University)|2014. 04. 21.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 74인용 수 19

한 줄 요약

이 논문은 차원-6 연산자를 사용하여 힉스 보손의 결합이 표준모형에서 벗어나는 것을 기술하는 모형에 종속되지 않는 효과적인 장 이론 프레임워크를 개발한다. 기저 파rameters에 의한 제약 조건을 도입하여 자유 매개변수의 수를 줄인다. LHC 런-I의 힉스 신호율과 전자약정밀도 데이터에 대한 글로벌 피팅을 통해, CP-짝성 및 선택된 CP-홀드 효과적 결합이 상당히 제약을 받으며, 표준모형을 초월한 새로운 물리에 대한 업데이트된 제약 조건을 제공한다.

ABSTRACT

Probing the properties of the discovered Higgs boson may tell us whether or not it is the same particle as the one predicted by the Standard Model. To this aim we parametrize deviations of the Higgs couplings to matter from the Standard Model by using the Higgs Effective Field Theory framework. Starting with a general dimension-6 effective Lagrangian including both CP-even and CP-odd operators, and requiring that the operators do not introduce power divergences in the oblique parameters, we reduce the number of independent effective couplings of the theory. This framework is then used to put updated constraints on the effective couplings, using the latest Higgs rates data from the Run-I of the ATLAS and CMS experiments, and electroweak precision data from LEP, SLC and Tevatron. We show that the current data is able to significantly constrain the CP-even and some CP-odd operators of the effective Lagrangian.

연구 동기 및 목표

• 차원-6에서의 힉스 효과적 장 이론(HEFT)을 사용하여 힉스 결합 편차를 모형에 종속되지 않게 파arameter화하는 것.
• 파워 발산을 피하기 위해 기저 S, T, U 파rameters에 의한 제약 조건을 도입하여 독립 매개변수의 수를 줄이는 것.
• ATLAS, CMS, LEP, SLC, Tevatron의 실험 데이터에 대해 현상학적 힉스 라그랑지안의 글로벌 피팅을 수행하는 것.
• 관측된 힉스 보손이 표준모형과 일치하는지 확인하고, 효과적 결합을 통해 그 CP 성질을 탐색하는 것.
• 표준모형을 초월한 새로운 물리에 대해 CP-보존 및 CP-위반 편차에 대한 업데이트된 엄격한 제약 조건을 제공하는 것.

제안 방법

• 게이지 불변성과 바리온/레프톤 수 보존을 유지하면서, CP-짝성 및 CP-홀드 연산자를 포함하는 일반적인 차원-6 효과적 라그랑지안을 구성하는 것.
• 나무계수 및 한 루프 수준의 기저 S, T, U 파arameters 제약 조건을 적용하여 파워 발산을 제거하고 독립적인 윌슨 계수의 수를 줄이는 것.
• 효과적 이론 프레임워크 내에서 힉스 신호 강도(생산 단면적 및 붕괴 폭)에 대한 이론적 예측을 유도하는 것.
• LHC 런-I의 ATLAS 및 CMS(히iggs 신호율) 데이터와 LEP, SLC, Tevatron의 전자약정밀도 데이터를 사용한 글로벌 피팅을 수행하는 것.
• 루프 보정에 의한 S, T, U 파arameters의 상용 기여를 활용하여 효과적 결합에 대한 물리적 제약 조건을 유도하는 것.
• 관측 가능한 신호율과 직접적으로 관련된 윌슨 계수로 표현된 힉스 결합의 매개변수화를 구현하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 현재의 LHC 및 전자약정밀도 데이터는 힉스 결합이 광자, Z 보손, 쿼크 및 렙톤에 대해 표준모형 값에서 얼마나 벗어나는지 어느 정도 제약을 가하는가?
• RQ2 가장 강하게 제약을 받는 CP-짝성 및 CP-홀드 효과적 결합의 조합은 무엇인가?
• RQ3 기저 파arameters에 의한 제약 조건은 차원-6 EFT에서 독립적인 효과적 결합의 수를 어떻게 줄이는가?
• RQ4 관측된 힉스 보손이 그 결합에서 CP-홀드 성분을 포함할 수 있는가? 데이터는 어떤 제약을 가하는가?
• RQ5 순수하게 CP-보존 시나리오와 비교할 때, CP-홀드 연산자를 포함시키면 힉스 신호 강도의 글로벌 피팅에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 기저 파arameters 제약 조건을 포함함으로써, CP-보존 영역에서는 독립적인 효과적 결합이 7개로, CP-위반 영역에서는 6개로 줄어든다.
• 현재 데이터는 특히 광자 및 Z 보손과의 결합에 대해 CP-짝성 결합을 상당히 제약한다.
• 일부 CP-홀드 연산자 역시 제약받지만, CP-짝성 결합에 비해 감도가 낮아 향후 통계량이 증가함에 따라 향상 가능성이 있음을 시사한다.
• 글로벌 피팅 결과, 관측된 힉스 보손은 95% 신뢰수준에서 표준모형과 일치하며, 결합 편차는 좁은 범위 내에 제약된다.
• 파워 발산을 제거한 후 S, T, U 파arameters에 대한 상용 기여가 제약의 주요 원천이며, αT 및 αU는 특정한 방식으로 윌슨 계수에 의존한다.
• 이 분석은 이전 연구에 비해 CP-보존 및 CP-위반 연산자를 동등하게 고려함으로써, 효과적 결합에 대한 업데이트된 모형에 종속되지 않는 제약 조건을 제공한다.