[논문 리뷰] Running away from the T-parameter solution to the W mass anomaly

Rick S. Gupta|arXiv (Cornell University)|2022. 04. 28.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 양자군집화(renormalisation group, RG) 효과가 CDF W 보손 질량 비정상 현상에 대한 표준모형 효과론적 필드이론(SMEFT) 매개변수 공간을 크게 확장시킴을 보여준다. W 보손 질량 스케일에서 매칭 스케일로 제약 조건을 진화시킴으로써, 이중보손 및 힉스 데이터로 약하게 제약을 받는 연산자들이 한계점에서의 T-파라미터 기여도를 나무단계 효과와 유사한 크기로 기여할 수 있음을 보여주며, 이는 매칭 스케일에서 T-파라미터가 0이거나 심지어 음수가 되는 해를 가능하게 하여 새로운 물리 모델의 UV완성 영역을 훨씬 넓게 열어준다.

ABSTRACT

We show that it is essential to include renormalisation group (RG) effects for determining the SMEFT parameter space consistent with the CDF W-mass anomaly at the matching scale. This is because operators that are only weakly constrained--for instance those probed by diboson and Higgs data--can have a contribution to the W-boson mass via one-loop RG effects, that is comparable to the tree-level contribution of the much more strongly constrained operators related to electroweak precision observables. We RG evolve the low energy SMEFT parameter space consistent with the anomaly to the matching scale and find a much larger allowed region. In particular we find that it is possible to have a vanishing or even negative T -parameter at the matching scale. This will hopefully lead to a larger set of UV completions that can explain the anomaly. For the one-loop contributions to be important a relatively low new physics scale around 800 GeV is required. This enhances the possibility of probing this new physics in direct and indirect searches in the recent future.

연구 동기 및 목표

• CDF에서 측정한 W 보손 질량과 표준모형 예측 사이의 오랫동안 지속된 괴리, 즉 7σ의 뜻깊은 의미를 다루기 위해.
• 이전의 SMEFT 분석에서 양자군집화(RG) 진화를 고려하지 않은 채 나무단계 기여도가 지배적이라는 가정으로 인해 발생하는 한계를 규명하기 위해.
• 약하게 제약을 받는 연산자로부터의 한계점에서의 RG 효과가 T-파라미터에 상당한 영향을 미칠 수 있음을 보여주어, 가능한 SMEFT 매개변수 공간을 확대하기 위해.
• 이전에 매칭 스케일에서 T-파라미터가 양수여야 한다는 가정이 반드시 필요하지 않음을 보여주어, 새로운 유형의 UV완성 모델을 가능하게 하기 위해.
• 특히 새로운 물리 스케일이 약 800 GeV일 경우, 비정상 현상과 일치하는 SMEFT 매개변수 공간의 새로운 영역을 규명하여 직접 및 간접 탐지의 가능성을 높이기 위해.

제안 방법

• W 보손 질량 스케일(mW ≈ 80.4 GeV)에서 매칭 스케일(Λ ≈ 800 GeV)까지 SMEFT 윌슨 계수의 한계점에서의 양자군집화 진화(RGE)를 수행한다.
• 주요 차원-6 보존 연산자인 O_T, O_WB, O_H, O_HB의 이분산 행렬을 계산하기 위해 HISZ 체계를 사용한다.
• 약하게 제약을 받는 연산자(예: O_HB, O_HW)의 한계점에서의 RG 기여도를 T-파라미터에 평가하며, 이는 강하게 제약을 받는 연산자로부터의 나무단계 기여도와 크기적으로 유사하다.
• CDF 비정상 현상에서 유도된 저에너지 제약 조건을 나무단계 및 한계점에서의 RG 기여도를 포함하여 매칭 스케일에서 SMEFT 매개변수 공간을 구성한다.
• 매칭 스케일에서 (c_H, c_T) 평면의 허용 영역을 매핑하여, c_T ≈ 0 또는 음수인 해도 가능함을 보여준다.
• UV완성의 영향을 평가하기 위해, 확장된 SMEFT 매개변수 공간이 이전에 고려되지 않은 새로운 유형의 UV 모델을 가능하게 함을 보여준다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 약하게 제약을 받는 SMEFT 연산자로부터의 한계점에서의 양자군집화(RG) 효과가 W 보손 질량에 대한 T-파라미터 기여도에 상당한 영향을 미칠 수 있는가?
• RQ2 매칭 스케일에서 양수인 T-파라미터가 필요하지 않은 채 CDF W 보손 질량 비정상 현상을 설명할 수 있는가?
• RQ3 적절한 RG 진화를 고려할 경우, 비정상 현상과 일치하는 SMEFT 매개변수 공간은 어떻게 변화하는가?
• RQ4 RG 기여도가 나무단계 효과를 압도하기 위해 필요한 새로운 물리 스케일은 얼마인가?
• RQ5 RG 효과를 포함함으로써 이전에 간과되었던 새로운, 이전에 고려되지 않은 UV완성 모델이 비정상 현상을 설명할 수 있는가?

주요 결과

• 약하게 제약을 받는 연산자—예를 들어 O_HB 및 O_HW—로부터의 한계점에서의 RG 효과는 강하게 제약을 받는 연산자로부터의 나무단계 기여도와 크기적으로 유사한 T-파라미터 기여도를 생성할 수 있다.
• CDF W 보손 질량 비정상 현상을 설명할 수 있는 매칭 스케일에서의 SMEFT 매개변수 공간은 이전에 생각했던 것보다 훨씬 크며, T-파라미터가 0이거나 심지어 음수인 영역까지 포함된다.
• 이전 대부분의 모델 구축 작업에서 가정된 바와 같이 매칭 스케일에서 T-파라미터가 양수여야 한다는 요구 조건은 비정상 현상을 맞추기 위해 반드시 필요하지 않다.
• RG 효과가 지배적이기 위해 약 800 GeV의 새로운 물리 스케일이 필요하며, 이는 향후 실험에서 직접 및 간접 탐지의 가능성을 높인다.
• RG 진화를 포함함으로써 이전에 탐색된 SMEFT 매개변수 공간은 훨씬 더 큰 타당 영역의 일부에 불과하며, 새로운 UV 모델 구축의 길을 열어준다.
• 결과적으로 향후 직접 및 간접 탐색—특히 이중보손, 힉스 방출, VBF 과정에서—이 다음 몇 년 내에 비정상 현상의 원인인 새로운 물리 현상을 탐지할 수 있음을 시사한다.