[论文解读] Robust determination of the scalar boson couplings

Pf. Oscar Jose Pinto Eboli|arXiv (Cornell University)|Mar 6, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 8

一句话总结

本文采用规范场论框架下的维数六算符，在电弱尺度上对希格斯玻色子的耦合进行了模型无关的分析。通过将现有数据进行全局五参数拟合，该研究稳健地确定了希格斯玻色子与胶子、W/Z玻色子、底夸克及τ轻子的耦合，通过优化算符基底显著提升了数据利用率，从而改善了约束条件。

ABSTRACT

We study the indirect effects of new physics on the phenomenology of the recently discovered state associated to the electroweak symmetry breaking sector. In a model independent framework these effects can be parametrized in terms of an effective Lagrangian at the electroweak scale. In a theory in which the SU(2)_L x U(1)_Y gauge symmetry is linearly realized they appear at lowest order as dimension-six operators, containing all the SM fields including the light scalar doublet, with unknown coefficients. We discuss the choice of operator basis which allows us to make better use of all the available data to determine the coefficients of the new operators. We illustrate our present knowledge of those by performing a global 5-parameter fit to the existing data which allows simultaneous determination of the Higgs couplings to gluons, electroweak gauge bosons, bottom quarks, and tau leptons.

研究动机与目标

• 通过有效场论方法，考虑间接的新物理效应，以改进对希格斯玻色子耦合的确定。
• 识别一种最优算符基底，以增强全局拟合对实验数据的敏感度。
• 对希格斯玻色子与胶子、W/Z玻色子、底夸克及τ轻子的耦合进行同时的、全局的五参数拟合。
• 通过系统性地选择算符基底，利用所有可用数据，减少希格斯耦合测量中的理论不确定性。

提出的方法

• 在电弱尺度使用有效拉格朗日量，通过维数六算符参数化新物理效应。
• 利用线性实现的 SU(2)_L × U(1)_Y 规范对称性，确保算符与标准模型的结构一致。
• 选择特定算符基底，以最大化从实验数据中提取的关于希格斯耦合的信息。
• 对维数六算符的系数进行全局五参数拟合，以同时约束其值。
• 在有效理论框架中包含所有标准模型场，特别是轻标量双生场。
• 利用现有实验数据中关于希格斯产生率与衰变率的信息，以约束新算符的未知系数。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何以最有效的方式在模型无关的框架下参数化新物理对希格斯耦合的影响？
• RQ2 哪种算符基底能对实验数据提供最稳健且最敏感的希格斯耦合系数确定？
• RQ3 对希格斯玻色子与胶子、电弱规范玻色子、底夸克及τ轻子的耦合，其同时约束条件是什么？
• RQ4 算符基底的选择如何影响对希格斯数据全局拟合的精度与可靠性？
• RQ5 在该有效场论框架下，当前测量的希格斯耦合与标准模型预测的一致性水平如何？

主要发现

• 所选算符基底显著提升了对希格斯耦合数据全局拟合的敏感度与稳健性。
• 全局五参数拟合对希格斯玻色子与胶子、W/Z玻色子、底夸克及τ轻子的耦合给出了自洽的约束，未观测到与标准模型存在显著偏离。
• 该方法可同时确定全部五个耦合系数，减少了参数之间的关联性，提升了精度。
• 分析表明，涉及轻标量双生场的维数六算符对于完整且一致地描述间接新物理效应至关重要。
• 结果表明，当前数据与标准模型在希格斯耦合方面保持一致，不确定性仍允许在有效场论框架内存在微小偏离。
• 本研究建立了一种稳健的、模型无关的方法，可用于未来基于实验数据全局拟合的高精度希格斯耦合测量。