[论文解读] Combined SMEFT interpretation of Higgs, diboson, and top quark data from the LHC

Jacob Ethier, Giacomo Magni+7 more|arXiv (Cornell University)|Apr 30, 2021

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 117被引用 23

一句话总结

本文利用规范理论下的标准模型有效场论（SMEFT）在六维展开下，对LHC数据进行了全局、模型无关的分析，同时从希格斯玻色子、二玻色子和顶夸克测量中约束了36个威尔逊系数。通过引入NLO QCD和O(Λ⁻⁴)二次修正，研究表明这些效应对于准确映射后验分布至关重要，并揭示了顶夸克、希格斯和二玻色子数据集在探测标准模型之外新物理时具有显著的互补性。

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.

研究动机与目标

• 在六维SMEFT框架下，对LHC的希格斯玻色子、二玻色子和顶夸克衰变道数据进行全局、模型无关的解释。
• 同时约束36个独立的威尔逊系数，考虑1/Λ²展开中的线性和二次修正项。
• 评估顶夸克、希格斯和二玻色子测量在探测新物理方面的互补性与相互作用。
• 评估NLO QCD和O(Λ⁻⁴)修正对EFT系数后验分布精度的影响。
• 提供一个公开、可重用的数据集和分析框架（SMEFiT），以支持未来的全局EFT拟合。

提出的方法

• 采用全局似然分析，整合ATLAS、CMS和LEP在希格斯玻色子、二玻色子和顶夸克领域的实验测量结果。
• 应用最先进的标准模型和SMEFT截面理论计算，包括NLO QCD修正和O(Λ⁻⁴)二次项。
• 使用嵌套采样结合蒙特卡洛重采样方法，对36维SMEFT参数空间中的后验分布进行采样。
• 通过主成分分析识别EFT参数空间中最敏感的方向。
• 利用贝叶斯重加权方法，事后评估新测量的影响。
• 通过SMEFiT项目官网和GitHub仓库发布后验分布的Nspl样本。

实验结果

研究问题

• RQ1 NLO QCD和O(Λ⁻⁴)修正如何影响SMEFT威尔逊系数后验分布的精度？
• RQ2 顶夸克、希格斯和二玻色子数据在约束SMEFT参数方面的相对敏感度和互补性如何？
• RQ3 1/Λ²展开中的二次修正如何改变EFT系数之间的相关性，相较于线性近似？
• RQ4 希格斯、二玻色子和顶夸克数据集各自在多大程度上约束了36维SMEFT参数空间？
• RQ5 如顶夸克亲和模型等BSM启发的场景，在SMEFT框架下在多大程度上能描述联合数据？

主要发现

• 包含NLO QCD和O(Λ⁻⁴)修正对准确映射SMEFT威尔逊系数的后验分布至关重要，因为它们引入了对参数空间新方向的敏感性。
• 二次修正显著降低了EFT参数之间的相关性，从而提高了对单个系数约束的分辨能力。
• NLO QCD修正还降低了相关系数的绝对值，进一步增强了拟合参数之间的独立性。
• 顶夸克、希格斯和二玻色子数据集表现出强烈的互补性，各自对36维SMEFT参数空间的不同区域具有独特的敏感度。
• 与单独或两参数拟合相比，全局拟合显著提高了对36个威尔逊系数的约束精度，凸显了真正全局EFT分析的强大能力。
• SMEFiT框架提供了一个公开、可重用的36维SMEFT参数空间后验分布数据集，包含50,000个样本，支持未来重加权和统计分析。