[论文解读] Global SMEFT Fits at Future Colliders

Jorge de Blas, Y. Du+7 more|arXiv (Cornell University)|Jun 16, 2022

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 14

一句话总结

本文在标准模型有效场论（SMEFT）框架下进行全局拟合，评估未来电子-正电子（e+e−）和μ子对撞机通过维度-6算符探测新物理的灵敏度。研究分析了希格斯与电弱规范场、四费米子相互作用、顶夸克耦合以及CP奇异性玻色子算符，表明未来对撞机可将希格斯与电弱耦合的精度提升2–10倍，其中线性e+e−对撞机由于能量更高且具备极化束流，在四费米子算符探测方面具有更优的覆盖能力。

ABSTRACT

Based on the framework of Standard Model Effective Field Theory, we performed a few global fits, each containing a subset of dimension-6 operators, for the measurements that are expected at future colliders. The fit for the Higgs and electroweak sector improves what has been done for the European Strategy Update in 2020 on both EFT treatments and experimental inputs. A new comprehensive fit is performed focusing on 4-fermion interactions at future colliders. Top-quark sector is studied in a dedicated fit which restricts the operators and measurements to be directly related to top-quark. A small subset of CP-violating operators involving bosonic fields alone are also investigated. Various running scenarios for future e+e- and Muon Colliders that are suggested in the Snowmass 2021 discussion are considered in the global fits. The outcomes from each fit are expressed in terms of either direct constraint on Wilson Coefficients or precision on Higgs and electroweak effective couplings.

研究动机与目标

• 评估未来e+e−和μ子对撞机通过全局SMEFT拟合探测新物理的灵敏度。
• 在当前LHC和EFT处理的基础上，进一步收紧对希格斯与电弱有效耦合的约束。
• 利用未来对撞机数据，评估对四费米子相互作用和顶夸克场的探测能力。
• 在SMEFT框架下，研究仅涉及玻色子场的CP奇异性算符。
• 量化HL-LHC与未来轻子对撞机在全局EFT拟合中的协同效应。

提出的方法

• 在华沙基中使用维度-6算符的一个子集进行全局SMEFT拟合。
• 采用面向未来e+e−和μ子对撞机的实验输入，包括Z共振区、WW阈值以及高能运行阶段。
• 应用对希格斯粒子耦合、电弱可观测量、二玻色子产生以及顶夸克产生过程的高精度测量。
• 引入极化束流和多种运行方案，以评估灵敏度的提升。
• 采用贝叶斯推断方法，推导出威尔逊系数和有效耦合的约束。
• 在不同亮度和能量条件下，比较环形与线性e+e−对撞机以及μ子对撞机的结果。

实验结果

研究问题

• RQ1 与HL-LHC相比，未来e+e−和μ子对撞机在多大程度上能更精确地约束希格斯与电弱有效耦合？
• RQ2 未来对撞机对四费米子相互作用的探测能力如何？极化束流与能量范围如何影响灵敏度？
• RQ3 HL-LHC与未来轻子对撞机之间的协同作用如何提升对顶夸克与希格斯耦合的全局SMEFT拟合精度？
• RQ4 未来对撞机运行中，对仅含玻色子场的CP奇异性、维度-6算符可施加何种约束？
• RQ5 理论不确定性（特别是超越NNLO电弱修正）如何影响未来Z共振区与WW阈值运行中的精度测量？

主要发现

• 未来e+e−对撞机可将希格斯耦合的精度提升2–10倍，相较于HL-LHC，其中环形e+e−对撞机在Z共振区与WW阈值区域表现更优。
• 线性e+e−对撞机由于中心系能量更高且具备极化束流，对四费米子算符的灵敏度显著优于环形e+e−对撞机，可在强耦合模型中达到约O(100 TeV)的尺度。
• 在未来的e+e−对撞机中，希格斯粒子总宽度可作为自由参数进行测量，从而对奇异希格斯衰变提供新约束。
• HL-LHC与未来轻子对撞机之间的协同作用，可显著提升对稀有希格斯衰变（H→γγ、γZ、μμ）及顶夸克-Yukawa耦合的测量精度。
• 当运行在顶夸克对产生阈值及更高能量时，未来e+e−对撞机对顶夸克场的测量精度将显著提升，需采用双能量运行方案以解除接触相互作用中的简并性。
• 为匹配未来Z共振区计划所预期的精度，必须考虑超越NNLO的电弱修正，尤其在环形e+e−对撞机中更为关键。