[论文解读] Tests of the Standard Model at the International Linear Collider

H. Fujii, Christophe Grojean+20 more|arXiv (Cornell University)|Aug 29, 2019

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 50被引用 57

一句话总结

该论文综述了 ILC 如何进行标准模型的高精度测试，包括精密电弱测量、SMEFT 希格斯拟合、希格斯自耦合，以及跨多个能级的顶夸克/底夸克研究。

ABSTRACT

We present an overview of the capabilities that the International Linear Collider (ILC) offers for precision measurements that probe the Standard Model. First, we discuss the improvements that the ILC will make in precision electroweak observables, both from W boson production and radiative return to the Z at 250 GeV in the center of mass and from a dedicated GigaZ stage of running at the Z pole. We then present new results on precision measurements of fermion pair production, including the production of b and t quarks. We update the ILC projections for the determination of Higgs boson couplings through a Standard Model Effective Field Theory fit taking into account the new information on precision electroweak constraints. Finally, we review the capabilities of the ILC to measure the Higgs boson self-coupling.

研究动机与目标

• 评估 ILC 如何通过 W 产生、Z 极点运行（GigaZ）和在 250 GeV 时的辐射返回来提升精密电弱观测值。
• 更新利用改进后的电弱约束的 SMEFT 拟合的希格斯耦合预测。
• 评估希格斯自耦合测量的能力，以及在 SMEFT 解释下顶夸克和底夸克对的产生。
• 概述 ILC 的运行计划、束流极化/能量测量策略及其对系统不确定性的影响。
• 为 ILC250、ILC350、ILC500、GigaZ 以及 ILC1000 阶段的精密测量提供量化预测。

提出的方法

• 描述分阶段的 ILC 运行计划以及各能量点的积分光度（250、350、500 GeV，以及 1 TeV 和 GigaZ）。
• 详细说明束极化、束能量和光度的精度要求与测量策略。
• 给出基于 SMEFT 的希格斯耦合拟合，使用来自费米对产生、希格斯产生与精密电弱数据的观测量。
• 分析从 WW 事件及轻子/夸克衰变中提取 W 质量和宽度的方法，以及系统不确定性。
• 结合辐射返回 Z 测量与 GigaZ 数据以提升电弱约束和 SMEFT 拟合。
• 讨论将顶/底夸克对产生作为 SMEFT 探针及其对 Yukawa 与 EW 耦合的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 ILC 在 W 玻色子性质（质量、宽度）方面可以达到怎样的精度，以及各阶段的系统误差如何主导？
• RQ2 通过包含希格斯、EW 与费米对过程的 ILC 观测量的全球拟合，SMEFT 系数如何被约束？
• RQ3 在不同 ILC 能量下对希格斯耦合和自耦合的投射精度，以及 GigaZ 如何改进它们？
• RQ4 ILC 测量在多大程度上能区分 SMEFT 中顶/底夸克算子效应？
• RQ5 束极化、能量标定和光度在实现这些精度目标中的作用是什么？

主要发现

• ILC250 在 >10^7 个 W 玻色子下可实现 m_W ~ 1.1 MeV 的统计不确定性和 Γ_W ~ 3.2 MeV，前提是给定的质量分辨率。
• 束极化和能量测量可以达到亚千分之一的控制水平，从而实现高精度的左-右不对称性和电弱观测。
• SMEFT 拟合在 ILC 上可以将希格斯耦合不确定性降至 1% 以下，覆盖 250–1000 GeV 阶段，尤其是纳入 GigaZ 约束时。
• 希格斯自耦合可通过在 500 GeV 与 1 TeV 的双希格斯产生直接探测，在结合测量时，精度优于 10%。
• 辐射返回 Z 与 GigaZ 运行显著改善精密电弱约束，推动 SMEFT 分析与 Z-费米子耦合测量。
• ILC 的偏振束计划允许在四费米和费米对过程中的 SMEFT 系数独立测量，提供模型无关的确定。