[论文解读] Bounding the Higgs Width Using Effective Field Theory

Margherita Ghezzi, Giampiero Passarino+1 more|arXiv (Cornell University)|May 8, 2014

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 22被引用 17

一句话总结

本文提出了一种基于Higgs有效场论（HEFT）与维度-6算符的模型无关框架，用于约束大型强子对撞机（LHC）上希格斯玻色子的本征宽度。通过将希格斯耦合视为动量相关的威尔逊系数，研究表明，Z Z末态中的非壳上希格斯产生过程可探测宽度，且测量结果对有效算符的组合敏感，为区分标准模型之外的新物理提供了路径。

ABSTRACT

An interesting question is how present and future experiments will be able to probe the couplings of the Higgs boson and its intrinsic width at a high level of precision. There is a wide variety of beyond the Standard Model (BSM) theories where the Higgs couplings differ from the Standard Model (SM) ones by less that 10%. We take the SM as the theory of "light" degrees of freedom, i.e. d=4 operators and simulate the unknown extension of the SM by the most general set of d=6 operators. In particular we provide an explicit example of momentum-dependent modification of Higgs couplings.

研究动机与目标

• 提供一种基于有效场论的、对希格斯宽度约束的模型无关解释。
• 研究Z Z末态中非壳上希格斯产生过程如何探测总希格斯宽度。
• 在一致的NLO有效场论框架下，将测量到的信号强度与维度-6算符的威尔逊系数关联起来。
• 识别LHC对非壳上希格斯产生数据所约束的有效算符组合。
• 指导未来LHC分析，通过动量相关的希格斯耦合来区分新物理。

提出的方法

• 基于包含维度-6算符的Higgs有效场论（HEFT）的理论形式化，以模拟未知的新物理。
• 使用一组通用的d=6算符来模拟标准模型的扩展，特别关注动量相关的希格斯耦合。
• 推导u u-bar → Z Z过程通过希格斯交换的主导阶振幅，包含d=6算符的贡献。
• 识别出现在振幅中的关键威尔逊系数组合（W1至W6），这些组合与特定规范和希格斯相互作用相关。
• 将d=6算符的非因子化贡献整合进散射振幅中，确保在NLO下的自洽性。
• 利用运动学结构（s、t、u通道）和洛伦兹不变组合，分离出对宽度相关可观测量的敏感性。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在模型无关的前提下，利用Z Z末态中的非壳上希格斯产生过程来约束总希格斯宽度？
• RQ2 LHC对非壳上希格斯信号测量所探测到的维度-6算符威尔逊系数的哪些组合？
• RQ3 动量相关的希格斯耦合如何改变Z Z末态高不变质量尾部的信号强度？
• RQ4 LHC对非壳上希格斯产生数据在多大程度上能够区分不同的新物理场景？
• RQ5 d=6算符的非因子化贡献在约束希格斯宽度方面起什么作用？

主要发现

• 在8 TeV下，Z Z末态中的非壳上希格斯产生截面可达到峰值截面的20%，显著增强了对希格斯宽度的敏感性。
• CMS（0.91+0.30/-0.24）和ATLAS（1.43+0.40/-0.35）在4l末态中测量的信号强度与标准模型预期一致，但允许通过有效算符解释的偏离。
• 希格斯宽度通过威尔逊系数（W1至W6）的线性组合受到约束，这些组合编码了耦合的动量依赖性修正。
• 通过希格斯交换的u u-bar → Z Z振幅包含了d=6算符的非因子化贡献，这对准确约束宽度至关重要。
• 本研究确立了LHC对非壳上希格斯产生数据可通过一组有效算符组合约束希格斯宽度，即使在缺乏完整UV完成的情况下亦成立。
• 该框架在新物理拉格朗日量空间中实现了一种“模糊箭头”，使能够对不同新物理模型进行定性区分。