[论文解读] Changing patterns in electroweak precision with new color-charged states: Oblique corrections and the $W$ boson mass

Linda M. Carpenter, Taylor Murphy+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 18, 2022

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 6

一句话总结

本文提出了一类具有色荷双态的标量模型，通过无真空期望值的带电与中性态质量分裂，生成较大的正T参数，从而实现与CDF测量结果一致的更重W玻色子质量。该模型可实现T ≈ 0.1，并通过大色荷因子增强的圈修正支持7σ的偏差。

ABSTRACT

The recent measurement by the CDF Collaboration of the $W$ boson mass is in significant tension with the Standard Model expectation, showing a discrepancy of seven standard deviations. A larger value of $m_W$ affects the global electroweak fit, particularly the best-fit values of the Peskin-Takeuchi parameters $S$, $T$ (and perhaps $U$) that measure oblique corrections from new physics. To meet this challenge, we propose some simple models capable of generating non-negative $S$ and $T$, the latter of which faces the greatest upward pressure from the CDF measurement in scenarios with $U=0$. Our models feature weak multiplets of scalars charged under $\mathrm{SU}(3)_{ ext{c}} imes \mathrm{U}(1)_Y$, which cannot attain nonzero vacuum expectation values but nevertheless produce e.g. $T eq 0$ given some other mechanism to split the electrically charged and neutral scalars. We compute the oblique corrections in these models and identify ample parameter space supporting the CDF value of $m_W$.

研究动机与目标

• 解决CDF对W玻色子质量的测量与标准模型预测之间的7σ偏差。
• 探索能生成大正斜向修正（S、T、U）的新物理场景，以调和W玻色子质量异常。
• 构建不发展真空期望值但通过质量分裂产生非零T参数的色荷弱双态模型。
• 评估此类模型在电弱精度约束与对撞机搜索下的可行性。
• 研究希格斯耦合在稳定质量分裂中的作用，同时避免对希格斯产生贡献过大。

提出的方法

• 引入在SU(3)ₜ × U(1)Y下变换的标量弱双态，具有非零色荷表示（如三重态、六重态）但无真空期望值。
• 实施无真空期望值机制——如非阿贝尔规范对称性或显式质量分裂——以打破带电与中性组分的简并。
• 使用Peskin-Takeuchi参数化，通过色荷因子增强圈修正，解析计算一阶圈修正的S与T参数。
• 利用W与Z玻色子的完整一阶圈自能推导S与T的表达式，包含色荷标量态的贡献。
• 通过胶子融合与四胶子末态等产生过程评估对撞机现象学，估算截面与LHC限制。
• 通过分析与标准模型希格斯粒子的三线耦合及其对希格斯信号强度的影响，评估希格斯耦合的约束。

实验结果

研究问题

• RQ1 具有色荷弱双态的模型是否能在不获得真空期望值的情况下生成大正T参数？
• RQ2 此类模型中可实现的最大T参数是多少？是否足以调和CDF对W玻色子质量的测量？
• RQ3 与色单态扩展相比，大色荷因子如何影响这些模型中斜向修正的大小？
• RQ4 这些色荷标量的主要对撞机信号是什么？能否被当前LHC数据排除？
• RQ5 希格斯耦合在多大程度上可稳定质量分裂，同时与观测到的希格斯信号强度保持一致？

主要发现

• 模型生成的T ≈ 0.1，足以解释观测到的W玻色子质量7σ偏差。
• 即使无真空期望值，T的非零值完全源于带电与中性组分之间的质量分裂。
• 大色荷因子（如三重态或六重态表示）显著增强圈修正对斜向修正的贡献。
• 双伴随模型在λ₀Σ < 0.02条件下实现所需的25 GeV质量分裂，保持希格斯耦合微弱，修正水平低于1%。
• 通过胶子融合与四胶子末态的产生截面在TeV量级标量下约为10² fb，LHC限制可达1.1 TeV。
• 对于质量高于800 GeV的标量，希格斯介导的胶子融合速率修正保持可接受水平（低于1%）。