[論文レビュー] Running away from the T-parameter solution to the W mass anomaly

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

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 6

ひとこと要約

本稿は、重いレプトンの質量異常を説明するための標準模型効果的場理論（SMEFT）のパラメータ空間が、重ね合わせ群（RG）効果によって著しく拡張されることを示している。Wボソン質量スケールからマッチングスケールに至る過程で制約を進化させることで、二ボソンおよびヒッグスデータによって弱く制約を受けているオペレーターが、木レベル効果と同等の大きさの1ループRG寄与をTパラメータに与えることが明らかになった。これにより、マッチングスケールにおいてTパラメータがゼロあるいは負となる解が可能となり、新しい物理モデルのUV完備性領域が著しく拡大された。

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.

研究の動機と目的

• CDFによるWボソン質量の測定値と標準模型予測との間にある長年の不一致（7σの有意水準）を解消すること。
• 従来のSMEFT解析が、重ね合わせ群（RG）進化を考慮しないでTパラメータの寄与を木レベル支配と仮定していたという限界を特定すること。
• 弱く制約を受けているオペレーターからの1ループRG効果がTパラメータに顕著な影響を与え、SMEFTパラメータ空間を著しく拡大することを示すこと。
• マッチングスケールにおけるTパラメータが正である必要があるという従来の仮定が、実際には不要であることを示し、新たなクラスのUV完備モデルを可能にすること。
• 特に800 GeV前後の新しい物理スケールを想定した場合に、異常と整合するSMEFTパラメータ空間の新たな領域を同定し、直接的および間接的検出の可能性を高めること。

提案手法

• Wボソン質量スケール（mW ≈ 80.4 GeV）からマッチングスケール（Λ ≈ 800 GeV）へのSMEFTウィルソン係数の1ループ重ね合わせ群進化（RGE）を実行すること。
• HISZスキームを用いて、O_T、O_WB、O_H、O_HBを含む主要な次元6ボソン的オペレーターの異常次元行列を計算すること。
• 二ボソンおよびヒッグスデータで弱く制約を受けているオペレーター（例：O_HB、O_HW）の1ループRG寄与が、強く制約を受けているオペレーターの木レベル寄与と同程度の大きさでTパラメータに寄与することを評価すること。
• CDF異常からの低エネルギー制約を進化させ、木レベルおよび1ループRG寄与を含めたマッチングスケールにおけるSMEFTパラメータ空間を構築すること。
• マッチングスケールにおける(c_H, c_T)平面での許容領域をマッピングし、c_T ≈ 0、あるいは負のc_Tに対応する解が実現可能であることを示すこと。
• UV完備化への影響を評価し、拡大されたSMEFTパラメータ空間が、従来検討されていなかった新たなクラスのUVモデルを可能にすることを示すこと。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 弱く制約を受けているSMEFTオペレーターからの1ループ重ね合わせ群効果が、Wボソン質量に寄与するTパラメータに顕著に影響を与えるか？
• RQ2 マッチングスケールにおけるTパラメータが正である必要がない場合に、CDF Wボソン質量異常を説明することは可能か？
• RQ3 重ね合わせ群進化を適切に組み込むと、異常と整合するSMEFTパラメータ空間はどのように変化するか？
• RQ4 RG誘導寄与が木レベル効果を上回るようになるために必要な新しい物理スケールは何か？
• RQ5 RG効果の組み込みにより、従来見過ごされていた新たなUV完備モデルが、異常を説明できるようになるか？

主な発見

• 弱く制約を受けているオペレーター（例：O_HB、O_HW）からの1ループRG効果が、強く制約を受けているオペレーターの木レベル寄与と同等の大きさでTパラメータに寄与する。
• マッチングスケールにおけるCDF Wボソン質量異常を説明可能なSMEFTパラメータ空間は、従来の予想よりも著しく広がっており、Tパラメータがゼロあるいは負となる領域を含む。
• 従来のモデル構築作業で仮定されていたマッチングスケールにおけるTパラメータが正であるという要件は、異常をフィットさせるために必ずしも必要ではない。
• RG効果が支配的になるためには、約800 GeVの新しい物理スケールが必要であり、これにより現在および将来の実験における直接的および間接的検出の可能性が高まる。
• 重ね合わせ群進化を組み込むことで、従来探索されたSMEFTパラメータ空間は、はるかに広大な有効領域の一部にすぎないことが明らかになった。これにより、UVモデル構築の新たな道筋が開かれた。
• 結果から、今後数年以内に、二ボソン、ヒッグストラーリング、VBF過程などの直接的および間接的探索が、異常を引き起こす新しい物理を解明する可能性があると示唆される。