[论文解读] A log story short: running contributions to radiative Higgs decays in the SMEFT

Christophe Grojean, Guilherme Guedes+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2024

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 1

一句话总结

本文在规范维度八的标准模型有效场论（SMEFT）中研究了辐射胶子衰变（h→γZ, h→γγ, h→gg），表明h→γZ衰变在树图层面的紫外完备化中受到显著的跑动（RG）贡献，这与规范维度六的情形不同。研究发现h→γZ中存在由RG混合引起的对数增强效应，提出了一项可观测量以提升探测灵敏度，并表明下一代实验可探测到这些维度八的效应，揭示高能尺度下的新物理结构。

ABSTRACT

We investigate the renormalization of the radiative decays of the Higgs to two gauge bosons in the Standard Model Effective Field Theory at mass dimension eight. Given that these are loop-level processes, their one-loop renormalization can be phenomenologically important when triggered by operators generated through the tree-level exchange of heavy particles (assuming a weakly coupled UV model). By computing the tree-level matching conditions of all relevant extensions of the Standard Model, we demonstrate that this effect is indeed present in the $h o γZ$ decay at dimension eight, even though it is absent at dimension six. In contrast, the $h o gg$ and $h o γγ$ decays can only be renormalized by operators generated by one-loop processes. For UV models with heavy vectors, this conclusion hinges on the specific form of their interaction with massless gauge bosons which is required for perturbative unitarity. We study the quantitative impact of the possible logarithmic enhancement of $h o γZ$, and we propose an observable to boost the sensitivity to this effect. Given the expected increased precision of next-generation high-energy experiments, this dimension-eight contribution could be large enough to be probed and could therefore give valuable clues about new physics by revealing some of its structural features manifesting first at dimension eight.

研究动机与目标

• 研究SMEFT规范维度八中辐射Higgs衰变的跑动（RG）行为。
• 确定树图层面的紫外完备化是否能生成贡献于h→γZ、h→γγ和h→gg衰变的维度八算符。
• 量化由维度八算符的RG混合引起的h→γZ中对数增强效应的大小，并评估其现象学可探测性。
• 提出一种新可观测量，以增强未来高能实验中对维度八贡献的探测灵敏度。

提出的方法

• 对SMEFT规范维度八中的辐射Higgs衰变执行一环跑动（RG）分析。
• 计算所有相关SMEFT扩展的树图匹配条件，以确定维度八算符的紫外起源。
• 分析维度六与维度八算符之间的RG混合，重点关注从Λ到v的跑动中产生的对数增强效应。
• 采用自上而下的方法，构建一个弱耦合的紫外模型（标量三重态模型）以计算h→γZ振幅，并验证RG效应。
• 应用单位量规和费曼规则，计算涉及重标量和规范玻色子的圈振幅，包括对 dilogarithmic 积分的处理。
• 提出一种运动学可观测量，以增强对h→γZ中RG增强的维度八贡献的探测灵敏度。

实验结果

研究问题

• RQ1 树图层面的紫外完备化是否能在SMEFT中通过一环图生成贡献于h→γZ的维度八算符？
• RQ2 尽管算符结构相似，为何在维度八中h→γZ存在跑动效应，而在维度六中却不存在？
• RQ3 由维度八算符的RG混合引起的h→γZ中对数增强效应的定量大小是多少？
• RQ4 紫外相互作用结构——特别是宇称对称性保护与微扰单位性——如何限制维度八贡献的大小？
• RQ5 能否设计一种新的运动学可观测量，以增强未来实验中对这一维度八RG效应的探测灵敏度？

主要发现

• h→γZ衰变从通过树图紫外交换生成的维度八算符中获得了显著的RG跑动贡献，这一特征在维度六中并不存在。
• h→γZ中的对数增强效应源于维度六与维度八的威尔逊系数（WC）之间的RG混合，其量级为v⁴/Λ⁴ × log(v/Λ)，其大小足以在下一代实验中被探测到。
• 对于具有重规范玻色子的紫外模型，该效应对与无质量规范玻色子的相互作用结构极为敏感，以维持微扰单位性。
• h→γγ和h→gg衰变无法通过树图紫外完备化在维度八中实现反幺正化；它们需要通过一环图生成算符。
• 标量三重态模型的实现验证了RG效应，并重现了已知结果，从而验证了该框架的正确性。
• 提出了一种新的运动学可观测量，可显著增强对维度八贡献的探测灵敏度，即使威尔逊系数较小，也能实现探测。