[论文解读] Nonlocal generalization of the SM as an explanation of recent CDF result

N. V. Krasnikov|arXiv (Cornell University)|Apr 12, 2022

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 7

一句话总结

本文提出了一种标准模型（SM）的非局部推广，其中非局部标度 Λnl ≈ 3 TeV，以解释CDF对W玻色子质量的测量结果，该结果比SM预测高出7σ。通过在希格斯 sector 中引入非局部形式因子 V_H(p²) = exp(4p²/Λ²nl)，W玻色子和Z玻色子的质量获得动量依赖的修正，从而导致其极点质量发生偏移，解释了观测到的差异。

ABSTRACT

In this note I show that nonlocal generalization of the standard model (SM) with nonlocal scale $Λ_{nl} \approx 3$ TeV can explain recent CDF result on the W-mass measurement

研究动机与目标

• 解决CDF对W玻色子质量的测量结果与SM预测之间7σ的差异。
• 探讨非局部场论是否能提供一种紫外有限、幺正且因果的SM扩展，以解释该异常现象。
• 研究非局部形式因子对规范场和希格斯场的影响，特别是对W玻色子和Z玻色子传播子及质量的影响。
• 确定在非局部SM框架下重现CDF结果所需的非局部标度 Λnl。

提出的方法

• 通过用包含形式因子 V₁ 和 V₂ 的非局部版本替换U(1)和SU(2)规范场的局部拉格朗日量，引入SM的非局部推广。
• 通过在希格斯动能项中引入非局部形式因子 V_H(p²)，修改希格斯 sector，从而导致W玻色子和Z玻色子质量具有动量依赖性。
• 使用传播子替换：1/(p² - m²) → 1/(p² - m² × V⁻¹_H(p²))，以生成动量依赖的极点质量。
• 假设形式因子 V_H(p²) = exp(4p²/Λ²nl) 来建模非局域行为，并计算由此产生的质量偏移。
• 推导出修正后的W玻色子极点质量：m²_W → m²_W × V⁻¹_H(m²_W)，Z玻色子质量亦有类似修正。
• 将所得W玻色子质量预测与CDF测量结果及SM预测进行比较，以约束 Λnl。

实验结果

研究问题

• RQ1 SM的非局部推广能否解释CDF对W玻色子质量测量中7σ的差异？
• RQ2 在非局部SM框架下，重现CDF结果所需的非局部标度 Λnl 是多少？
• RQ3 希格斯 sector 中的非局部形式因子如何诱导W玻色子和Z玻色子质量的动量依赖修正？
• RQ4 此类非局域性对大型强子对撞机（LHC）上的Drell-Yan过程有何影响，特别是在高不变质量区域？

主要发现

• 具有非局部标度 Λnl ≈ 3 TeV 的非局部SM成功解释了CDF对W玻色子质量的测量结果，该结果比SM预测高出7σ。
• W玻色子和Z玻色子质量的动量依赖修正源于希格斯动能项中的非局部形式因子 V_H(p²)，导致 m²_W → m²_W × V⁻¹_H(m²_W)。
• 采用 V_H(p²) = exp(4p²/Λ²nl) 时，为重现观测到的W玻色子质量偏移，所需非局部标度为 Λnl ≈ 3 TeV。
• 非局部形式因子在 p² ≥ Λ²nl 时导致W玻色子和Z玻色子传播子行为发生显著变化，表明在TeV尺度存在新物理。
• 该模型预测，由于传播子的改变，高不变质量 e⁺e⁻ 和 μ⁺μ⁻ 的Drell-Yan截面将发生显著修改。