[论文解读] Dimension-6 Operator Constraints from Boosted VBF Higgs

Ralph Edezhath|arXiv (Cornell University)|Jan 5, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 43被引用 16

一句话总结

该论文表明，分析向量 boson 融合（VBF）产生中增强的 Higgs 玻色子的横向动量（$p_T$）分布，可显著改善标准模型有效场论（SMEFT）中维度-6 运算符的约束，特别是针对 $\mathcal{O}_{HW}$ 运算符。通过对二光子末态施加 $p_T$ 截断，该方法在 14 TeV LHC 上实现了与 WW 产生相当的限制，同时所需 $p_T$ 截断明显更软——这使其对高维运算符效应和幺正性破坏更具鲁棒性。

ABSTRACT

We discuss the constraints on new physics from Higgs production through vector boson fusion in the context of an effective field theory that preserves Standard Model gauge symmetries. We find that the constraints on dimension-6 operators are significantly improved over those from the VBF signal strength by studying the Higgs transverse momentum distribution. Focusing on the $\mathcal{O}_{HW}$ operator, we find that boosted VBF decaying to photons yields constraints competitive with boosted WW production in the fully leptonic final state, and calculate projected limits for both at the 14 TeV LHC. The $p_T$ cuts required to maximize the the reach of VBF searches are substantially softer, making the use of the effective field theory more robust than in the case of WW production which requires very high $p_T$ cuts to obtain similar limits. Boosted VBF Higgs is thus an important probe of new physics.

研究动机与目标

• 使用增强的 VBF Higgs 产生来改进 SMEFT 框架中维度-6 运算符的约束。
• 研究 VBF Higgs 退化为光子时，$p_T$ 相关可观测量是否能提供强于信号强度比的限制。
• 比较 VBF Higgs 对 $\mathcal{O}_{HW}$ 的灵敏度与完全轻子末态中 WW 产生的灵敏度。
• 通过评估高 $p_T$ 下幺正性破坏的风险，评估基于 EFT 的限制的鲁棒性。
• 倡导在 VBF Higgs 搜索中优化 $p_T$ 截断，以最大化新物理的探测能力。

提出的方法

• 使用强相互作用轻 Higgs（SILH）基来参数化维度-6 运算符，重点关注 $\mathcal{O}_{HW}$ 和 $\mathcal{O}_{HB}$。
• 将 $\mathcal{O}_{HW}$ 引入的 Higgs 玻色子耦合顶点修正建模为 $\sim (p_1^\mu p_2^\nu + \cdots) \cdot \frac{g^2 v c_{HW}}{2\Lambda^2}$，引入动量依赖性。
• 对重建的二光子系统施加 $p_T$ 截断，以增强对 $\mathcal{O}_{HW}$ 的敏感性，利用其在高能下 $p_T$ 增强的信号特性。
• 在 $\sqrt{s} = 14$ TeV 下进行事件级模拟，积分亮度分别为 300 fb$^{-1}$ 和 3 ab$^{-1}$，以预测限制。
• 将预测限制与完全轻子末态中 WW 产生的限制进行比较，评估 $p_T$ 截断要求和幺正性破坏风险。
• 通过检查 $\sigma_{\text{tot}} \cdot m_{qq}^2 / (2\pi)$ 分布来验证 EFT 的有效性，确保在相关 $p_T$ 尺度下无幺正性破坏。

实验结果

研究问题

• RQ1 与信号强度测量相比，增强的 VBF Higgs 玻色子的 $p_T$ 分布能否改善对维度-6 运算符的约束？
• RQ2 在 VBF Higgs 二光子衰变中，$p_T$ 相关截断与完全轻子末态中 WW 的截断相比，在灵敏度和 $p_T$ 截断要求方面有何差异？
• RQ3 $\mathcal{O}_{HW}$ 运算符在高 $p_T$ 下对 VBF Higgs 产生的增强程度如何，是否可被用于获得更优的限制？
• RQ4 基于 EFT 的 VBF Higgs 限制对幺正性破坏是否鲁棒，特别是在高 $p_T$ 下？
• RQ5 VBF Higgs 是否能为 $\mathcal{O}_{HW} + \mathcal{O}_{HB}$ 方向提供具有竞争力且互补的探测，特别是在 $P_{LR}$ 对称性下？

主要发现

• 在 14 TeV 下，对 VBF Higgs 二光子衰变中的二光子系统施加 $p_T > 140$ GeV 截断，300 fb$^{-1}$ 数据下 $\Lambda$ 的 95% 置信水平限制可达到 705 GeV。
• 在 3 ab$^{-1}$ 积分亮度下，$p_T > 330$ GeV 截断可使 $c_{HW} = 1$ 时 $\Lambda > 1200$ GeV 的 95% 置信水平限制。
• VBF Higgs 实现竞争力限制所需的 $p_T$ 截断明显比 WW 产生所需的更软，后者需 $p_T > 670$ GeV 才能达到相同的 $\Lambda$ 限制。
• $\mathcal{O}_{HW}$ 引起的 $p_T$ 依赖性增强，使高 $p_T$ 下信号相对增加 30%，使其成为探测新物理的强大工具。
• 由于所需 $p_T$ 截断较低，该方法避免了高 $p_T$ 下的幺正性破坏风险，而 WW 产生中此类破坏则可能变得显著。
• 结合 $p_T$ 截断的 VBF Higgs 提供了一种鲁棒的、模型无关的探测手段，用于 $\mathcal{O}_{HW} + \mathcal{O}_{HB}$ 方向，该方向在其他通道中原本约束较弱。