[論文レビュー] Electroweak constraints on flavorful effective theories

Aielet Efrati, Adam Falkowski+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 26, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 54被引用数 12

ひとこと要約

この論文は、電弱対称性の破れ後の質量固有状態に基づく有効場理論フレームワークにおいて、一般のフラバー構造を想定した次元6オペレーターに対するモデルに依存しない電弱精度制約を導出している。主にオンシェル $Z$ および $W$ ボソンの観測量に注目している。$δ m$（$W$ ボソン質量補正）と、フラバー対角 $W$ および $Z$ 補正の20個の独立した頂点補正が制約されている。特に、レプトン的 $Z$ 補正と $W$ ボソン質量については、$τ(10^{-4})$--$τ(10^{-3})$ の強力な制約が得られ、一方で第一世代クォークおよび右巻きトップクォークの補正は $τ(10^{-1})$--$τ(1)$ の程度で弱く制約されている。

ABSTRACT

We derive model-independent constraints arising from the Z and W boson observables on dimension six operators in the effective theory beyond the Standard Model. In particular, we discuss the generic flavor structure for these operators as well as several flavor patterns motivated by simple new physics scenarios.

研究の動機と目的

• 標準模型を超えた有効場理論における次元6オペレーターに対するモデルに依存しない制約を導出すること。
• 特にフラバー則一様性が破れる状況において、既存の制約がどの程度頑健であるかを評価すること。
• 将来の実験的探索のためのフラバー空間における最も弱く制約されている方向を特定すること。
• 質量固有状態形式からの制約を、より広く適用可能な標準的なウィルソン係数ベースにマッピングすること。
• アライメント、MFV、およびアナーキカル部分複合粒子モデルなどの特定のフラバー状況における制約を評価すること。

提案手法

• 電弱対称性の破れ後の $D=6$ オペレーターに対して質量固有状態基底を用い、コライダー観測量との関係を単純化している。
• オンシェル $Z$ または $W$ ボソンを前提とした極関数観測量に注目し、4フェルミオンオペレーターは寄与が抑制されているため無視している。
• 極関数観測量に関しては、頂点補正 ($\delta g$) と $W$ ボソン質量補正 ($\delta m$) のみが関係するとして、再定義により斜め補正を除外している。
• $δ g$ および $δ m$ を標準的ベースのウィルソン係数にマッピングし、他のEFTフレームワークへの変換を可能にしている。
• $Z$ および $W$ 極観測量からの制約を、アライメント、MFV、およびアナーキカルモデルにおけるフラバー構造に適用している。
• 低エネルギー過程（例：中間子混合、レア崩壊）を用いて、特に左巻きクォーク系における非対角 $Z$ 補正を制約している。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 電弱精度測定は、完全に一般のフラバー構造を持つ次元6オペレーターをどの程度制約するか？
• RQ2 非一様なフラバー構造を許容した場合、フラバー則一様なオペレーターに対する強い制約は依然として頑健か？
• RQ3 現在のデータから、$W$ および $Z$ 補正のどの組み合わせが最も弱く制約されているか？
• RQ4 アライメント、MFV、およびアナーキカル部分複合粒子モデルなどの異なるフラバー状況において、制約はどのように異なるか？
• RQ5 低エネルギー過程からの非対角 $Z$ 補正への最も強い間接的制約は何か？

主な発見

• $W$ ボソン質量補正 $δ m$ は $τ(10^{-4})$--$τ(10^{-3})$ のレベルで制約されている。
• レプトン的 $Z$ 補正が最も強く制約されており、$τ(10^{-4})$--$τ(10^{-3})$ の範囲である。
• 第一世代クォークおよび右巻きトップクォークの補正は弱く制約されており、$τ(10^{-1})$--$τ(1)$ の範囲である。
• クォークへの非対角 $Z$ 補正は低エネルギー過程で制約されており、$[\delta g^{Zu}_L]_{12} \lesssim 8.4 \times 10^{-5}$ および $[\delta g^{Zd}_L]_{12} \lesssim 1.4 \times 10^{-4}$（95%信頼区間）である。
• $Zt_R t_R$ 補正頂点補正は極関数観測量では制約できないため、将来的な実験のターゲットとして有望である。
• 制約はウィルソン係数の複素位相に依存せず、CP偶数の観測量にのみ依存している。