[论文解读] Effective Field Theory for Higgs properties parametrisation: the transverse momentum spectrum case

Massimiliano Grazzini, Agnieszka Ilnicka+2 more|arXiv (Cornell University)|May 15, 2017

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 5

一句话总结

本文将有效场论（SMEFT）框架扩展至NNLL+NNLO精度，用于计算顶夸克/底夸克 Yukawa耦合及Higgs-胶子耦合的维度六算符下的Higgs玻色子横动量（$p_T$）谱。结果表明，这些算符在低-$p_T$（底Yukawa耦合）和高-$p_T$（胶子耦合）区域诱导出显著的谱形畸变，同时显著降低尺度不确定度，从而增强对标准模型之外新物理的敏感度。

ABSTRACT

After the Higgs boson discovery, LHC can be used as a precision machine to explore its properties. Indeed, in case new resonances will not be found, the only access to New Physics would be via measuring small deviations from the SM predictions. A consistent approach is provided by a bottom-up Effective Field Theory, with dimension six operators built of Standard Model fields (SMEFT). We discuss how this approach works in case of the transverse momentum spectrum of the Higgs particle. In our calculation we augmented the Standard Model with three additional operators describing modifications of the top and bottom Yukawa couplings, and a point-like Higgs coupling to gluons. Based on recently presented resummed transverse-momentum spectra including these operators at NLL+NLO accuracy,which we recently presented in Ref [1], in this note we show the extension of the calculation to NNLL+NNLO. We find that such modifications, while affecting the total rate within the current uncertainties, can lead to significant distortions of the spectrum. Additionally, through significant reduction of the scale uncertainty we improve the sensitivity to the new operators.

研究动机与目标

• 开发一种高精度的有效场论（SMEFT）框架，通过横动量谱探测Higgs玻色子性质。
• 解决在大型强子对撞机（LHC）未发现新共振态的情况下，SM预测中微小偏离的挑战。
• 通过更高阶重求和，降低$p_T$谱中的微扰不确定度，从而提高对新物理的敏感度。
• 区分不同维度六算符（Yukawa耦合与Higgs-胶子耦合）对$p_T$分布的影响。

提出的方法

• 通过缩放程序进行计算：将NNLL+NNLO SM预测乘以NLL+NLO SMEFT/SM比值，以引入维度六算符。
• 在SMEFT拉格朗日量中增加三个维度六算符：$\mathcal{O}_1$（Higgs-胶子耦合）、$\mathcal{O}_2$（顶夸克Yukawa耦合）、$\mathcal{O}_3$（底夸克Yukawa耦合）。
• 使用威尔逊系数$c_t$、$c_b$、$c_g$来参数化与SM的偏离，其中$c_t$和$c_b$分别对应顶夸克与底夸克的耦合。
• 通过七点尺度变化法估计微扰不确定度，涉及$\mu_R$、$\mu_F$以及两个重求和尺度（$Q_t$、$Q_{\text{int}}$）。
• 分析依赖HRes数值代码获取SM结果，并将先前的NLL+NLO SMEFT谱扩展至NNLL+NNLO精度。
• 该方法假设在重顶夸克极限下处理NNLL+NNLO SM结果，并引入近似有限顶夸克质量修正。

实验结果

研究问题

• RQ1 在NNLL+NNLO精度下，维度六SMEFT算符如何改变Higgs玻色子横动量谱？
• RQ2 尽管在总截面中效应重叠，不同SMEFT算符引起的谱形畸变是否可被分离？
• RQ3 将微扰阶数提高至NNLL+NNLO，能在多大程度上降低尺度不确定度并提升对新物理的敏感度？
• RQ4 威尔逊系数$c_t$、$c_b$与$c_g$如何影响不同动量区域中$p_T$谱的形状与归一化？

主要发现

• 引入SMEFT算符会导致Higgs $p_T$谱发生显著畸变，即使总截面偏离SM不超过20%。
• 底Yukawa耦合（$\mathcal{O}_3$）主要影响低-$p_T$区域，而Higgs-胶子耦合（$\mathcal{O}_1$）则扭曲高-$p_T$尾部。
• 顶Yukawa耦合（$\mathcal{O}_2$）主要影响总归一化，对谱形影响较小。
• 从NLL+NLO提升至NNLL+NNLO时，低-和中等-$p_T$区域（至250 GeV）的尺度不确定度降低约两倍。
• 在NNLL+NNLO精度下，不同算符的谱效应超过剩余尺度不确定度，从而能够更优地区分新物理场景。
• 谱形依赖于媒介粒子的质量：较轻的媒介（如底夸克）产生更软的谱，而点耦合（无穷质量极限）则产生更硬的谱。