[论文解读] Effective Higgs Lagrangian and Constraints on Higgs Couplings

Hermès Bélusca-Maïto|arXiv (Cornell University)|Apr 21, 2014

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 74被引用 19

一句话总结

本文提出了一种基于维数-6算符的模型无关有效场论框架，用于参数化希格斯玻色子耦合偏离标准模型的偏离，通过引入斜率参数（oblique parameters）的约束以减少自由参数数量。利用对 Run-I LHC 希格斯信号速率和电弱精确测量数据的全局拟合，显著约束了CP-偶和选定的CP-奇有效耦合，为标准模型之外的新物理提供了更新的限制。

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.

研究动机与目标

• 使用希格斯有效场论（HEFT）在维数-6层级构建对希格斯耦合偏离的标准模型参数化，实现模型无关性。
• 通过施加来自斜率参数S、T、U的约束，减少独立参数数量，以避免出现动力学发散。
• 对ATLAS、CMS、LEP、SLC和Tevatron的实验数据，针对现象学希格斯拉格朗日量进行全局拟合。
• 通过有效耦合检验所观测到的希格斯玻色子与标准模型的相容性，并探测其CP性质。
• 为CP守恒和CP破坏的希格斯耦合偏离提供更新、更严格的限制。

提出的方法

• 构建一个包含CP-偶和CP-奇算符的一般性维数-6有效拉格朗日量，保持规范不变性以及重子数/轻子数守恒。
• 应用树图和单圈图对斜率参数S、T、U的约束，以消除动力学发散，并减少独立威尔逊系数的数量。
• 在有效场论框架下推导出希格斯信号强度（包括产生截面和衰变宽度）的理论预测。
• 利用ATLAS和CMS在Run-I阶段的数据（希格斯信号速率）以及LEP、SLC和Tevatron的电弱精确测量数据进行全局拟合。
• 利用来自圈图修正对S、T、U参数的对数贡献，推导出对有效耦合的物理约束。
• 采用与可观测信号速率直接相关的威尔逊系数参数化希格斯耦合。

实验结果

研究问题

• RQ1 当前的LHC数据和电弱精确测量在多大程度上约束了希格斯玻色子与光子、Z玻色子及费米子耦合偏离标准模型值的程度？
• RQ2 哪些CP-偶和CP-奇有效耦合的组合受到现有数据的最强约束？
• RQ3 来自斜率参数的约束如何减少维数-6有效场论中独立有效耦合的数量？
• RQ4 所观测到的希格斯玻色子是否可能在其耦合中存在CP-奇成分的混合？数据对此设定了何种限制？
• RQ5 与纯CP守恒情形相比，包含CP-奇算符对希格斯信号强度全局拟合的影响如何？

主要发现

• 引入斜率参数约束后，CP守恒区域中的独立有效耦合数量减少至7个，CP破坏区域减少至6个。
• 当前数据显著约束了CP-偶耦合，特别是涉及希格斯玻色子与光子及Z玻色子的耦合。
• 部分CP-奇算符也受到约束，尽管灵敏度弱于CP-偶情形，表明未来统计量提升后可能获得更优结果。
• 全局拟合表明，在95%置信水平下，所观测到的希格斯玻色子与标准模型相容，其耦合偏离被限制在极窄范围内。
• 在消除动力学发散后，S、T、U参数的对数贡献是主要约束来源，其中αT和αU对威尔逊系数表现出特定依赖关系。
• 该分析为有效耦合提供了更新的、模型无关的限制，通过同等处理CP守恒和CP破坏算符，优于以往研究。