Toward New Physics in SMEFT and Cosmological Correlators through Wormhole-Induced Entanglement = 표준모형 유효장이론에서 새물리 탐색과 웜홀을 통한 우주론적 상관 함수 연구

국문 초록 (Abstract)

본 논문은 유효장이론을 활용하여, 표준모형 너머의 새로운 물리를 탐색하고, 우주론적 물리량인 상관함수에 영향을 주는 새로운 중력 안장해를 찾아 그 이론적 가능성과 현상론적 함의를 분석하였다.
첫 번째로, 기존 LEP/SLC 약전자기 정밀측정 실험과 더불어 ILC 및 HL- LHC 등 미래 실험 환경에서의 유망성을 표준모형 유효장이론(SMEFT) 이론적인 틀 안에서 정량적으로 평가하였다. 본 분석은 특정 이론적 모형에 종속되지 않으며, 새 물리에 대한 이론적 · 실험적 제약을 엄밀하게 도출하였다. 총 29개의 연산자 항으로 확장된 전역 분석을 수행하였으며, 힉스 및 약전자기 부문 제약 뿐만 아니 라, 탑 쿼크에 의한 재규격화 섞임(RG mixing) 효과를 포함하여 관측량에 미치는 영향을 정밀하게 계산하였다. 이로써 탑 쿼크의 유효 연산자들이 관측 정밀도에 미치는 영향을 정량화하였고, 탑 쿼크를 직접 생성하는 실험의 필요성을 강조하 였다. 또한, 탑 유카와 상수및 삼중 힉스 상호작용 상수에 주목하여, 1% 수준의 정밀도를 달성하기 위해 탑 쿼크에 대한 강한 제약이 이론적으로 필수적이며, 특히 탑–힉스 섹터에서 표준모형과의 편차를 포괄적으로 탐색할 수 있는 실험 환경이 요구됨을 확인하였다.
두 번째 연구에서는, Jackiw–Teitelboim(JT) 중력을 바탕으로 우주론적 상관 함수에 기여하는 Hartle–Hawking 안장해를 넘어서는 유클리드 웜홀(Euclidean Wormhole) 해의 존재 가능성을 연구하였다. 무경계 제안(no-boundary proposal) 에 의해 얻어지는 상관함수는 기존 Bunch–Davies 진공에서 유도되는 결과를 재 현하지만, 중력 파동함수의 적분 표현에서는 이를 넘어서는 새로운 중력 안장해 (브라–켓 웜홀)가 존재할 수 있음을 보였다. 이러한 해는 두 경계를 유효적으로 연결하며, 특정 파라미터 영역에서는 주요 기여로 작용할 수 있음을 논의하였다. 특히 이러한 웜홀이 양자얽힘 구조를 반영하며, 작은 파수k 영역에서 상관함수의 증폭을 유도하고, 이는 무작위 장의 형성과 대규모 구조 형성에 영향을 줄 수 있음을 보였다. 또한, 모드 k = 0의 기여가 작은 웜홀에서 우세해지며, Hartle–Hawking 해의 시간에 따른 지수 감쇠를 극복하고, 오히려 상관함수가 증가하는 형상을 보였다. 이는 de Sitter 공간에서의 유한한 상태수 혹은 엔트로피에 대한 새로운 중력 효과로 해석될 수 있음을 시사하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Searches for New Physics beyond the Standard Model (BSM) have been actively pursued both at particle colliders and via cosmological observables. This work presents two complementary approaches that utilize the framework of effective field theory and gravitational path integrals to explore BSM phenomena.

In the first part, we perform a comprehensive analysis of how future electron–positron colliders, such as the International Linear Collider (ILC), can constrain new physics in the Higgs, top quark, and electroweak sectors within the Standard Model Effective Field Theory (SMEFT) with dimension-six operators. By conducting global fits in an extended 29-parameter operator basis, and incorporating renormalization group (RG) mixing—particularly the interplay between top-quark and Higgs-sector operators—we find that the precision of Higgs coupling measurements at the 250 GeV stage can be significantly degraded by top-quark effects. However, this degradation can largely be mitigated by precise top measurements expected from the High-Luminosity LHC (HL-LHC). Full coverage of the SMEFT parameter space, however, requires the 500 GeV ILC upgrade, which provides access to a more complete set of observables for robust Wilson coefficient constraints, particularly in the top-Higgs sector.

In the second part, we investigate cosmological correlators in nearly de Sitter (dS) space within the framework of Jackiw–Teitelboim (JT) gravity, extending beyond the conventional Hartle–Hawking saddle point. We identify novel contributions from subleading topologies, specifically Euclidean wormhole saddles that connect bra and ket boundaries of the gravitational path integral. These configurations reveal a characteristic behavior in the late-time correlators; while standard Hartle–Hawking evolution predicts exponential decay, wormhole saddles induce a resurgence of correlations at late times. This reflects an underlying finite entropy or microstate count of dS space, reminiscent of quasi-periodic behavior expected from a discrete spectrum. We further discuss the implications for the amplification of large-scale modes in the primordial power spectrum, as well as phenomenological effects of the enhancement due to the entanglement. These findings suggest a nontrivial structure of dS quantum gravity and offer insights into information recovery from cosmological horizons.

목차 (Table of Contents)

• 1 Introduction 1
• 1.1 Precision tests in the SMEFT framework 2
• 1.1.1 Cosmological correlators in the no boundary proposal by Hartle-Hawking 5
• 2 Higgs, top and electro-weak precision measurements at future e⁺e⁻ colliders; a combined effective field theory analysis with renormalization mixing 11
• 2.1 Introduction 12
• 2.2 Frameworks and data sets for the global fit 14
• 2.2.1 Theoretical framework 14
• 2.2.2 Higgs and Electroweak Operators 14
• 2.2.3 Higgs Self-Coupling 16
• 2.2.4 Top-Quark Operators 17
• 2.2.5 Top-Quark Yukawa Coupling 18
• 2.2.6 Renormalization Group Evolution and Scale Choice 19
• 2.2.7 Global fit parameters 22
• 2.2.8 Benchmark datasets 23
• 2.2.9 LEP/SLC electroweak precision measurements 24
• 2.2.10 Selected LHC Higgs Measurements 24
• 2.2.11 LHC Top Production - Run 2 25
• 2.2.12 HL-LHC Top Production - S2 Scenario 25
• 2.2.13 ILC Higgs and Electroweak Measurements at √s = 250 GeV 26
• 2.2.14 ILC Higgs and Electroweak Measurements at √s = 500 GeV 26
• 2.2.15 ILC Top Quark Pair Production at √s = 500 GeV 27
• 2.3 Results of global fits 27
• 2.3.1 Results for the ILC at √s = 250 GeV 28
• 2.3.2 The role of beam polarization 33
• 2.3.3 The role of electroweak measurements 33
• 2.3.4 Results for the ILC at √s = 500 GeV 36
• 2.3.5 The Higgs self-coupling 39
• 2.3.6 The top-quark Yukawa coupling 41
• 2.4 Conclusion 43
• 3 Inflationary Correlators by Bra-ket Euclidean Wormhole in dS₂ JT Gravity 47
• 3.1 Introduction 47
• 3.2 Calculation of saddles in path integral 53
• 3.2.1 Equations of motion and boundary conditions 56
• 3.2.2 Hartle-Hawking saddle 58
• 3.2.3 Wormhole saddle 60
• 3.3 dS Correlators on each saddle 65
• 3.3.1 Evaluation of correlators on the Hartle-Hawking and Wormhole geometries 69
• 3.3.2 Fermion included 71
• 3.4 Results of correlators 73
• 3.4.1 In the momentum space 74
• 3.4.2 In the real space 76
• 3.4.3 Correlation on the late time surface 77
• 3.5 Phenomenological effects 79
• 3.6 Summary and conclusion 85
• A Appendix 87
• A.1 Hierarchy problem of Higgs and Precision test at future colliders 87
• A.1.1 The Hierarchy Problem 87
• A.1.2 Electroweak Precision Tests at the Z Pole 90
• A.2 Dependence on the Reference Scale Q₀ 92
• A.2.1 RG Evolution of the Covariance Matrix 92
• A.2.2 Invariance of Observable Uncertainties with Respect to Q₀ 94
• A.2.3 Interpreting the Q₀ Dependence: Oblique Parameters 95
• A.3 RG evolution with bottom operators and their impact 97
• A.4 Numerical results 101
• A.5 Classical On-Shell Action for a Massive Scalar in dS₄₊₁ 105
• A.5.1 Bulk Action and On-Shell Reduction 105
• A.5.2 Equation of Motion 106
• A.5.3 Global dS 106
• A.6 Geometrical interpretation of the correlator on the bra-ket wormhole 108
• A.7 Anomalous correlators and information paradox in the bulk/boundary sense 110
• A.8 Divergence in π₀ integral for the partition function 113
• A.8.1 The ζ-functions regularization 115
• Bibliography 117
• 초록 135
• 감사의 글 137