[论文解读] Running away from the T-parameter solution to the W mass anomaly

Rick S. Gupta|arXiv (Cornell University)|Apr 28, 2022

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 6

一句话总结

本文表明，重整化群（RG）效应显著扩展了用于解释CDF W玻色子质量异常的规范标准模型有效场论（SMEFT）参数空间。通过将约束从W玻色子质量能标演化至匹配能标，本文表明，受二玻色子和希格斯数据弱约束的算符可产生与树图贡献相当的一圈RG贡献至T参数，从而在匹配能标处实现T参数为零甚至为负的解——这为新物理模型的紫外完备性开辟了更大区域。

ABSTRACT

We show that it is essential to include renormalisation group (RG) effects for determining the SMEFT parameter space consistent with the CDF W-mass anomaly at the matching scale. This is because operators that are only weakly constrained--for instance those probed by diboson and Higgs data--can have a contribution to the W-boson mass via one-loop RG effects, that is comparable to the tree-level contribution of the much more strongly constrained operators related to electroweak precision observables. We RG evolve the low energy SMEFT parameter space consistent with the anomaly to the matching scale and find a much larger allowed region. In particular we find that it is possible to have a vanishing or even negative T -parameter at the matching scale. This will hopefully lead to a larger set of UV completions that can explain the anomaly. For the one-loop contributions to be important a relatively low new physics scale around 800 GeV is required. This enhances the possibility of probing this new physics in direct and indirect searches in the recent future.

研究动机与目标

• 解决CDF对W玻色子质量的测量与标准模型预测之间长期存在的差异，该差异具有7σ显著性。
• 识别先前SMEFT分析的局限性，即在未考虑重整化群（RG）演化的情况下，假设T参数贡献以树图为主导。
• 证明弱约束算符的一圈RG效应可显著影响T参数，从而显著扩大可行的SMEFT参数空间。
• 表明此前假设在匹配能标处T参数必须为正的要求并非必要，从而可实现新的紫外完备模型类别。
• 识别与异常一致的新SMEFT参数空间区域，尤其针对约800 GeV的新物理尺度，提升直接与间接探测的前景。

提出的方法

• 从W玻色子质量能标（mW ≈ 80.4 GeV）到匹配能标（Λ ≈ 800 GeV）执行SMEFT威尔逊系数的一圈重整化群演化（RGE）。
• 使用HISZ方案计算关键维度-6规范玻色子算符（包括O_T、O_WB、O_H和O_HB）的异常维矩阵。
• 评估弱约束算符（如O_HB、O_HW）对T参数的一圈RG贡献，其量级与强约束算符的树图贡献相当。
• 通过从CDF异常中演化低能约束（包括树图与一圈RG贡献）来构建匹配能标处的SMEFT参数空间。
• 在匹配能标处绘制(c_H, c_T)平面中的允许区域，表明c_T ≈ 0甚至负的c_T解是可行的。
• 通过展示扩展后的SMEFT参数空间允许此前未考虑的新一类紫外模型，评估其对紫外完备性的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 弱约束SMEFT算符的一圈重整化群效应是否能显著改变T参数对W玻色子质量的贡献？
• RQ2 是否可能在不假设匹配能标处T参数为正的前提下解释CDF W玻色子质量异常？
• RQ3 当正确包含RG演化时，与异常一致的SMEFT参数空间如何变化？
• RQ4 RG诱导贡献主导于树图效应所需的最小新物理尺度是多少？
• RQ5 包含RG效应是否能导致此前被忽视的新紫外完备模型，从而解释该异常？

主要发现

• 弱约束算符（如O_HB和O_HW）的一圈RG效应可产生与强约束算符的树图贡献量级相当的T参数贡献。
• 能够解释CDF W玻色子质量异常的SMEFT参数空间在匹配能标处，其范围远大于先前认知，包括T参数为零甚至为负的区域。
• 此前在大多数模型构建中假设的匹配能标处T参数必须为正的要求，并非拟合异常的必要条件。
• 约800 GeV的新物理尺度是使RG效应主导的必要条件，这增强了未来实验中直接与间接探测的可能性。
• 包含RG演化表明，此前探索的SMEFT参数空间仅是更大可行区域的一小部分，为紫外模型构建开辟了新途径。
• 结果表明，未来直接与间接搜索——尤其是二玻色子、希格斯辐射和矢量玻色子融合过程——可能在未来几年内探测到引发该异常的新物理。