[논문 리뷰] Renormalization of dimension-six operators relevant for the Higgs decay h -> {\gamma} {\gamma}

Joan Elias Miró, J. R. Espinosa외 2명|arXiv (Cornell University)|2013. 02. 22.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 40

한 줄 요약

이 논문은 힉스 붕괴 h → γγ에 영향을 주는 차원-6 연산자에 대한 1-loop 재규격화를 계산하여, 현재-현재 연산자 혼합으로부터 로그 증폭 기여가 발생하지 않음을 보여준다. 또한, 오직 1-loop 크기의 월리 계수를 가진 연산자—특히 페르미온 디폴 전기 dipole-dipole 연산자—만이 재규격화군 혼합을 통해 기여할 수 있음을 입증하여, 적절한 연산자 기저 선택을 통해 분석을 단순화시킨다.

ABSTRACT

The discovery of the Higgs boson has opened a new window to test the SM through the measurements of its couplings. Of particular interest is the measured Higgs coupling to photons which arises in the SM at the one-loop level, and can then be significantly affected by new physics. We calculate the one-loop renormalization of the dimension-six operators relevant for h -> {\gamma} {\gamma}, which can be potentially important since it could, in principle, give log-enhanced contributions from operator mixing. We find however that there is no mixing from any current-current operator that could lead to this log-enhanced effect. We show how the right choice of operator basis can make this calculation simple. We then conclude that h -> {\gamma} {\gamma} (and also h -> {\gamma} Z) can only be affected by RG mixing from operators whose Wilson coefficients are expected to be of one-loop size, among them fermion dipole-moment operators which we have also included.

연구 동기 및 목표

• 효과적 필드이론 프레임워크에서 연산자 혼합이 차원-6 연산자를 통해 힉스 붕괴 h → γγ에 로그 증폭 기여를 생성할 수 있는지 조사하기.
• 재규격화군 진화를 통한 잠재적 로그 증폭 기여에서 현재-현재 연산자의 역할을 명확히 하기.
• 연산자 기저 선택이 효과적 필드이론 접근에서 재규격화 계산의 단순화와 일관성 확보에 어떻게 기여하는지 보여주기.
• 자연스러운 월리 계수 크기 추정치를 고려할 때, 어떤 차원-6 연산자가 실제로 재규격화군 혼합을 통해 h → γγ에 기여할 수 있는지 특정하기.

제안 방법

• 표준모형 효과적 필드이론(SMEFT)에서 차원-6 연산자에 대한 1-loop 재규격화군 방정식(RGEs)을 사용한 계산.
• 특정 연산자 기저를 사용하여 혼합 구조를 단순화하고, 여유 연산자로 인한 복잡성을 피함.
• 특히 힉스 디폴 전기 연산자와 다른 차원-6 연산자 간의 혼합에 초점을 맞춤, 특히 현재-현재 유형의 연산자.
• 페르미온 디폴 전기-디폴 전기 연산자를 명시적으로 포함하고, 그들의 재규격화군 혼합에서의 잠재적 역할을 평가함.
• 이상적인 차원 행렬의 구조를 분석하여 로그 증폭 잠재력 평가.
• 각 연산자가 혼합 패턴에서 유의미한지 평가하기 위해 1-loop 수준에서 예상되는 월리 계수 크기를 비교함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 SMEFT에서 현재-현재 연산자가 재규격화군 혼합을 통해 h → γγ에 로그 증폭 기여를 생성할 수 있는가?
• RQ2 연산자 기저 선택이 h → γγ에 대한 1-loop 재규격화 계산의 단순성과 정확성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 자연스러운 월리 계수 크기 예측을 고려할 때, 어떤 차원-6 연산자가 실제로 재규격화군 혼합을 통해 h → γγ에 기여할 수 있는가?
• RQ4 페르미온 디폴 전기-디폴 전기 연산자가 h → γγ의 재규격화에서 중요한 역할을 하는가?
• RQ5 1-loop 기여를 초월하여, 차원-6 연산자와의 혼합으로 인한 h → γγ에서의 큰 로그 증폭 메커니즘이 존재하는가?

주요 결과

• 현재-현재 연산자와의 혼합으로부터 h → γγ 재규격화에서 로그 증폭 기여가 발생하지 않으며, 이는 잠재적 기대와는 반대이다.
• 적절한 연산자 기저 선택이 재규격화 절차를 크게 단순화시키고, 잘못된 혼합 효과를 피함.
• 오직 1-loop 크기의 월리 계수를 가진 연산자—특히 페르미온 디폴 전기-디폴 전기 연산자—만이 재규격화군 혼합을 통해 h → γγ에 의미 있는 기여를 할 수 있다.
• 따라서 힉스 붕괴 h → γγ는 주로 1-loop 크기의 계수에 의해 영향을 받으며, 고차 혼합 효과로 인한 상당한 증폭은 없음.
• 페르미온 디폴 전기-디폴 전기 연산자는 고려된 차원-6 연산자 중에서 h → γγ의 재규격화군 혼합에서 가장 중요한 기여자로 규명됨.