[论文解读] Violation of custodial symmetry from W-boson mass measurements

Ayan Paul, Mauro Valli|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2022

Cosmology and Gravitation Theories被引用 13

一句话总结

本文分析了CDF II对W玻色子质量的测量结果（80.434 ± 0.009 GeV），该结果与标准模型预测存在7σ的偏差。在六维维度的规范有效场论（SMEFT）框架下进行全局拟合，作者发现T参数存在4.5σ的非零证据，表明客加班对称性被破坏的新物理，主要由非零的威尔逊系数CHD驱动。

ABSTRACT

The new measurement of the $W$-boson mass from the CDF collaboration shows a significant tension with the Standard Model prediction. We quantify this discrepancy within a state-of-the-art analysis of electroweak precision data and scrutinize the leading deformations of the Standard Model Effective Field Theory arising at dimension six. We find evidence for a non-zero value of the $T$ parameter, i.e. for a novel source of violation of custodial symmetry, pointing to physics beyond the Standard Model at the 4.5$σ$ level. We contextualize the implications of our findings in light of other present anomalies in Particle Physics.

研究动机与目标

• 评估CDF II对W玻色子质量的测量结果（80.434 ± 0.009 GeV）对标准模型之外物理学的启示。
• 通过全局电弱精度拟合量化新CDF II测量结果与标准模型预测之间的张力。
• 通过六维SMEFT算符识别并约束客加班对称性破坏的新源。
• 在其他正在进行的粒子物理学异常（如μ子g−2异常）背景下，评估观测偏差的显著性。

提出的方法

• 使用HEPfit对电弱精度可观测量（EWPO）进行贝叶斯全局拟合，整合了PDG、LEP、Tevatron和LHC实验的输入数据。
• 分析聚焦于四个六维SMEFT算符：O_HWB、O_HD、O_LL和O_HL^(3)，这些算符通过T参数对W玻色子质量偏移有贡献。
• T参数计算为 αT = −1/(2√2GF) × CHD，将威尔逊系数CHD与客加班对称性破坏直接关联。
• 使用信息准则（IC）进行模型比较，该准则在偏好拟合效果更好的模型的同时惩罚参数更多的模型。
• 使用两个MW的参考值：2021年全球平均值（80.379 ± 0.012 GeV）和新的CDF II测量值（80.4060 ± 0.0075 GeV），后者用于评估偏差的显著性。
• 分析假设U(3)5味 universality，并将GF和αem(0)固定为其高精度值，同时允许mt、αs(MZ)和∆αhad(5)(MZ)的不确定性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在SMEFT框架下，新的CDF II W玻色子质量测量是否表明与标准模型预测存在显著偏差？
• RQ2 在客加班对称性破坏的背景下，非零T参数的显著性意味着什么？
• RQ3 哪些六维SMEFT算符最能解释观测到的W玻色子质量偏差？
• RQ4 该新测量结果与其他正在进行的粒子物理异常（如μ子g−2异常）相比如何？
• RQ5 对EWPO的全局拟合能否区分标准模型与涉及客加班对称性破坏的新物理情景？

主要发现

• 分析发现T参数存在4.5σ的非零证据，表明存在标准模型之外的新客加班对称性破坏源。
• 直接贡献于T参数的威尔逊系数CHD在4.5σ水平上被约束为非零值，表明希格斯 sector 中存在新物理或存在新的重态。
• 标准模型对W玻色子质量的预测为80.355 ± 0.0008 GeV，比CDF II测量值低7σ，确认了显著的张力。
• 2022年CDF II测量值（MW = 80.4060 ± 0.0075 GeV）作为关键输入，其引入使得具有非零CHD的模型相比标准模型具有更强的偏好。
• 信息准则（IC）分析更偏好具有客加班对称性破坏的模型而非标准模型，较低的IC值表示拟合质量更优。
• 研究识别出CHD是观测到的T参数偏差的主要贡献者，而CHW B、CLL和C(3)HL在拟合中起次要作用。