[论文解读] Towards the one loop IR/UV dictionary in the SMEFT: one loop generated operators from new scalars and fermions

Guilherme Guedes, P. Olgoso+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2023

Black Holes and Theoretical Physics被引用 1

一句话总结

本文首次系统性地分类了在包含额外标量和费米子的弱耦合新物理模型中，由一阶微扰生成的规范理论有效场论（SMEFT）中维度-6算符。利用一种名为SOLD的新 Mathematica 工具包，作者计算了所有在树图层次无法生成的算符的一阶微扰匹配——例如具有三个规范场强、两个场强与标量组合，以及电偶极算符——为构建SMEFT中完整的全一阶微扰红外/紫外（IR/UV）字典奠定了基础。

ABSTRACT

Effective field theories offer a rationale to classify new physics models based on the size of their contribution to the effective Lagrangian, and therefore to experimental observables. A complete classification can be obtained, at a fixed order in perturbation theory, in the form of IR/UV dictionaries. We report on the first step towards the calculation of the one loop, dimension 6 IR/UV dictionary in the SMEFT. We consider dimension-six operators in the SMEFT that cannot be generated at tree level in weakly coupled extensions of the Standard Model. This includes operators with three gauge field strength tensors, operators with two field strength tensors and two scalar fields and dipole operators. We provide a complete classification of renormalizable extensions of the Standard Model with new scalar and fermion fields that contribute to these operators at one loop order, together with their explicit contribution. Our results are encoded in a exttt{Mathematica} package called exttt{SOLD} (SMEFT One Loop Dictionary), which includes further functionalities to facilitate the calculation of the complete tree level and one loop matching of any relevant model via an automated interface to exttt{matchmakereft}. All operators in our list are indeed generated at the one loop order in the extensions considered with the exception of CP-violating ones with three field-strength tensors.

研究动机与目标

• 建立来自新标量和费米子场的一阶微扰对SMEFT维度-6算符贡献的系统性分类。
• 识别所有能通过一阶微扰生成特定类维度-6算符（这些算符在树图层次不可达）的可重整化紫外（UV）扩展模型。
• 开发一个计算框架（SOLD），自动完成任意此类模型在SMEFT中的一阶微扰匹配。
• 提供所有非树图层次算符的一阶微扰匹配系数的完整且显式列表，包括来自退evanescent算符的修正。
• 为构建完整的SMEFT一阶微扰、维度-6 IR/UV字典奠定基础，从而实现模型无关的微扰理论下一阶修正的唯象学分析。

提出的方法

• 聚焦于SMEFT中在弱耦合标准模型（SM）扩展中无法在树图层次生成的维度-6算符，包括具有三个规范场强、两个场强与两个标量组合，以及电偶极算符的算符。
• 系统性地分类所有包含新标量和费米子场的一阶微扰贡献于这些算符的可重整化紫外（UV）模型。
• 使用标准量子场论技术（包括圈积分和维数正规化）计算一阶微扰匹配系数。
• 在计算中考虑退evanescent算符的影响，特别是对电偶极型算符，利用先前工作的已知结果。
• 将结果实现为名为SOLD的Mathematica工具包，该工具包为模型匹配提供自动化接口，可与matchmakereft协同使用。
• 使用华沙基（Warsaw basis）并通过对算符进行显式投影和重定义过程来处理冗余算符和退evanescent算符。

实验结果

研究问题

• RQ1 哪些可重整化的SM紫外扩展模型会在一阶微扰下生成在树图层次不可达的维度-6算符？
• RQ2 涉及三个规范场强、两个场强与标量组合，以及电偶极算符的完整一阶微扰匹配系数是什么？
• RQ3 退evanescent算符对SMEFT中电偶极算符物理匹配系数有何影响？
• RQ4 能否构建一个系统性且自动化的框架，用于计算SMEFT中任意新物理模型的一阶微扰匹配？
• RQ5 SMEFT的一阶微扰IR/UV字典的结构是怎样的？它如何扩展现有的树图层次字典？

主要发现

• 作者提供了来自新标量和费米子场的一阶微扰生成的SMEFT维度-6算符的完整分类，仅排除了CP破坏的三规范玻色子算符。
• 所有列出算符的匹配系数均被显式计算，其中X3类（如非阿贝尔规范群的α3V）获得了闭合形式表达式。
• 电偶极算符的退evanescent算符贡献被量化并包含在最终结果中，其表现为涉及Yukawa耦合和ξrp参数的匹配系数显式修正。
• SOLD工具包成功实现了对一阶微扰匹配过程的自动化，可高效计算任意含新标量和费米子的模型在SMEFT中的匹配结果。
• 结果确认，在所考虑的紫外模型中，列表中的所有算符确实在一阶微扰下被生成，仅CP破坏的三场强算符例外。
• 该框架为将SMEFT的IR/UV字典扩展至一阶微扰阶提供了关键基础，使得在微扰论下一阶修正的模型无关唯象学分析成为可能。