[论文解读] The Global Electroweak and Higgs Fits in the LHC era

Jorge de Blas, M. Ciuchini+5 more|arXiv (Cornell University)|Oct 15, 2017

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 9被引用 12

一句话总结

本文利用LHC Run 2数据，对电弱精确可观测量和希格斯信号强度进行了更新的全球拟合，整合了强子对撞机对W玻色子质量、顶夸克质量及有效轻子弱混合角的新测量结果。分析表明，Run 2数据显著增强了对新物理的约束，其中希格斯信号强度与电弱可观测量提供了互补的限制，特别是在SMEFT框架下的全局拟合中，揭示了维度-6算符之间的强烈相关性。

ABSTRACT

We update the global fit to electroweak precision observables, including the effect of the latest measurements at hadron colliders of the $W$ and top-quark masses and the effective leptonic weak mixing angle. We comment on the impact of these measurements in terms of constraints on new physics. We also update the bounds derived from the fit to the Higgs-boson signal strengths, including the observables measured at the LHC Run 2, and compare the improvements with respect to the 7 and 8 TeV results.

研究动机与目标

• 利用最新的强子对撞机测量结果更新全球电弱拟合，包括$M_W$、$m_t$和$\sin^2\theta_{\mathrm{eff}}^{\mathrm{lept}}$。
• 评估这些新测量结果对约束标准模型之外物理（BSM）的影响。
• 利用13 TeV LHC Run 2数据更新希格斯信号强度约束，并与Run 1结果进行比较。
• 评估在SMEFT框架下，电弱精确可观测量与希格斯信号强度在约束新物理方面的互补性。
• 研究SMEFT中维度-6算符之间的相关性及其对BSM尺度约束解释的影响。

提出的方法

• 使用HEPfit代码对电弱精确可观测量进行全局拟合，整合了来自ATLAS、CMS和Tevatron的新实验数据。
• 纳入了来自强子对撞机联合测量的更新值：$M_W = 80.379 \pm 0.012~\mathrm{GeV}$，$m_t = 173.1 \pm 0.6~\mathrm{GeV}$，以及$\sin^2\theta_{\mathrm{eff}}^{\mathrm{lept}} = 0.2324 \pm 0.0012$。
• 更新了理论输入，包括$\sin\theta_{\rm eff}^b$的两圈修正，以及$\alpha_s(M_Z) = 0.1180 \pm 0.0010$。
• 分析了13 TeV下Run 2的希格斯信号强度，采用SMEFT框架中的$\kappa_V$和$\kappa_f$参数化耦合。
• 逐个约束SMEFT维度-6算符，并利用全局拟合技术研究算符之间的相关性。
• 评估了振幅平方中二次项对约束的影响，这些项可增强约束但可能限制微扰有效性的范围。

实验结果

研究问题

• RQ1 最新的LHC Run 2对$M_W$、$m_t$和$\sin^2\theta_{\mathrm{eff}}^{\mathrm{lept}}$的测量如何影响全球电弱拟合及对新物理的约束？
• RQ2 13 TeV下的希格斯信号强度测量相较于Run 1数据，在多大程度上改善了对新物理的约束？
• RQ3 在SMEFT框架下，电弱精确可观测量与希格斯信号强度的约束在多大程度上相互补充？
• RQ4 SMEFT中不同维度-6算符之间的相关性对新物理尺度约束解释有何影响？
• RQ5 维度-6算符贡献中二次项如何影响全局拟合结果的稳健性与有效性？

主要发现

• W玻色子质量测量结果为$M_W = 80.379 \pm 0.012~\mathrm{GeV}$，偏差为-1.4，表明与标准模型预测一致。
• 顶夸克质量更新为$m_t = 173.1 \pm 0.6~\mathrm{GeV}$，偏差为-1.3，与标准模型良好符合。
• 有效轻子弱混合角$\sin^2\theta_{\mathrm{eff}}^{\mathrm{lept}}$测量结果为$0.2324 \pm 0.0012$，偏差为-0.8，与标准模型一致。
• Run 2的希格斯信号强度数据改善了对$\kappa_V$和$\kappa_f$的约束，其中$\kappa_V$的限制现在主要由间接电弱可观测量效应决定，而非直接希格斯测量。
• 单个SMEFT算符的95%置信水平新物理尺度限制显著改善，特别是$\mathcal{O}_{\phi q}^{(1)}$和$\mathcal{O}_{\phi q}^{(3)}$等算符，部分限制已接近TeV量级。
• SMEFT算符之间存在强烈相关性，表明要达到完整的95%概率限制需要精细调节，暗示单算符限制可能更真实地反映新物理尺度的估计。