[论文解读] Off-shell Higgs Interpretations Task Force: Models and Effective Field Theories Subgroup Report

Aleksandr Azatov, Jorge de Blas+9 more|arXiv (Cornell University)|Mar 4, 2022

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 1

一句话总结

本文在标准模型有效场论（SMEFT）框架下，对非壳态希格斯玻色子产生进行了全面研究，展示了高质​​量希格斯共振数据如何探测标准模型以外的新物理。通过使用NLO工具（如SMEFT@NLO和JHUGen/MCFM），本文推进了SMEFT计算，表明非壳态测量可为维度-6算符（尤其是gg→ZZ过程）提供超越传统壳上拟合的额外约束，并明确了希格斯基底参数化，从而提升EFT分析的精度。

ABSTRACT

This report presents the results of the Models and Effective Field Theories Subgroup of the Off-Shell Interpretations Task Force in the LHC Higgs Working Group. The main goal of the subgroup was to discuss and advance the potential impact of off-shell Higgs measurements on searches for BSM physics carried out in the EFT framework or as benchmark model studies. In the first contribution, the off-shell potential to resolve flat directions in parameter space for on-shell measurements is studied. Furthermore, the sensitivity of off-shell measurements to SMEFT dimension-6 operators for the gg $ o$ ZZ process is discussed, and studies of explicit models that are testable in off-shell production are reviewed. In the second contribution, the SMEFT effects in the off-shell gluon fusion and electroweak processes are discussed. Subsequently, the computation of integrated and differential effects using SMEFT@NLO and MG5_aMC@NLO, or JHUGen and MCFM, is demonstrated. On that basis, a study of the prospects of obtaining additional SMEFT constraints - beyond those from existing global fits - by utilising the off-shell process is presented. For clarification, a revised introduction, definition and discussion of the Higgs basis parametrisation of the SMEFT is given in the third contribution. In short notes on the SMEFT, the Higgs basis with an additional constraint is discussed and relations between the Higgs and Warsaw bases are presented. Lastly, an overview of EFT calculations and tools is given.

研究动机与目标

• 评估非壳态希格斯测量对通过SMEFT维度-6算符探测新物理的敏感性。
• 开发并应用先进的EFT工具（SMEFT@NLO、JHUGen/MCFM），对非壳态希格斯产生进行高精度计算。
• 澄清SMEFT中的希格斯基底参数化，包括其与华沙基底的关系及改进的变量定义。
• 证明非壳态数据可提供超越现有全局拟合的、额外的、独立的SMEFT威尔逊系数约束。
• 全面概述用于非壳态希格斯物理的EFT工具与计算框架。

提出的方法

• 利用SMEFT@NLO框架，在QCD和QED的NLO下计算非壳态希格斯产生振幅，包含完整的干涉效应。
• 应用JHUGen+MCFM框架计算微分分布，并提取gg→ZZ和电弱过程的SMEFT算符约束。
• 推导并实现SMEFT中修订的希格斯基底参数化，定义质量本征态，并引入新变量以改善跑动方程不变性与物理解释。
• 将希格斯基底与华沙基底进行比较，建立维度-6算符的显式变换关系。
• 采用WCxf约定标准化威尔逊系数，确保EFT工具间的一致性。
• 使用非壳态数据进行全局拟合与约束投影，表明其对新物理的敏感度优于仅基于壳上数据的分析。

实验结果

研究问题

• RQ1 非壳态希格斯测量能否解决在壳上希格斯测量中参数空间的平坦方向？
• RQ2 非壳态希格斯数据在多大程度上可改善对SMEFT维度-6算符的约束，特别是对gg→ZZ过程？
• RQ3 SMEFT中希格斯基底与华沙基底之间有何关系？希格斯基底在EFT分析中具有哪些优势？
• RQ4 QCD和QED的NLO修正对SMEFT中非壳态希格斯产生的影响如何？
• RQ5 非壳态数据能否提供超越从壳上测量中获得的SMEFT系数独立约束？

主要发现

• 非壳态希格斯测量可解决在壳上拟合中退化的参数空间平坦方向，从而提升对新物理的敏感度。
• 对于gg→ZZ过程，非壳态数据可提供超越壳上全局拟合的额外、独立的SMEFT维度-6算符约束。
• SMEFT@NLO与JHUGen+MCFM框架成功实现了具有NLO精度的积分与微分非壳态截面计算，支持高精度约束提取。
• 希格斯基底参数化因其基于质量本征态的物理解释及更优的跑动方程行为，被证明更适合EFT分析。
• 推导出希格斯基底与华沙基底之间的显式关系，支持算符的统一匹配与解释。
• 本研究证实，非壳态希格斯数据可对SMEFT威尔逊系数施加更强且更稳健的约束，尤其在与壳上数据结合时效果更显著。