Impact of theoretical uncertainties on model parameter reconstruction from GW signals sourced by cosmological phase transitions
Abstract: Different computational techniques for cosmological phase transition parameters can impact the Gravitational Wave (GW) spectra predicted in a given particle physics model. To scrutinize the importance of this effect, we perform large-scale parameter scans of the dynamical real-singlet extended Standard Model using three perturbative approximations for the effective potential: the $\overline{\rm MS}$ and on-shell schemes at leading order, and three-dimensional thermal effective theory (3D EFT) at next-to-leading order. While predictions of GW amplitudes are typically unreliable in the absence of higher-order corrections, we show that the reconstructed model parameter spaces are robust up to a few percent in uncertainty. While 3D EFT is accurate from one loop order, theoretical uncertainties of reconstructed model parameters, using four-dimensional standard techniques, remain dominant over the experimental ones even for signals merely strong enough to claim a detection by LISA.
- G. Agazie et al. (NANOGrav), Astrophys. J. Lett. 951, L8 (2023a), arXiv:2306.16213 [astro-ph.HE] .
- G. Agazie et al. (NANOGrav), Astrophys. J. Lett. 951, L9 (2023b), arXiv:2306.16217 [astro-ph.HE] .
- J. Antoniadis et al. (EPTA), Astron. Astrophys. 678, A48 (2023a), arXiv:2306.16224 [astro-ph.HE] .
- J. Antoniadis et al. (EPTA, InPTA:), Astron. Astrophys. 678, A50 (2023b), arXiv:2306.16214 [astro-ph.HE] .
- A. Zic et al., Publ. Astron. Soc. Austral. 40, e049 (2023), arXiv:2306.16230 [astro-ph.HE] .
- D. J. Reardon et al., Astrophys. J. Lett. 951, L6 (2023), arXiv:2306.16215 [astro-ph.HE] .
- H. Xu et al., Res. Astron. Astrophys. 23, 075024 (2023), arXiv:2306.16216 [astro-ph.HE] .
- A. Afzal et al. (NANOGrav), Astrophys. J. Lett. 951, L11 (2023), arXiv:2306.16219 [astro-ph.HE] .
- C. Caprini et al., JCAP 04, 001 (2016), arXiv:1512.06239 [astro-ph.CO] .
- C. Caprini et al., JCAP 03, 024 (2020), arXiv:1910.13125 [astro-ph.CO] .
- P. Auclair et al. (LISA Cosmology Working Group), Living Rev. Rel. 26, 5 (2023), arXiv:2204.05434 [astro-ph.CO] .
- G. D. Moore and K. Rummukainen, Phys. Rev. D63, 045002 (2001), arXiv:hep-ph/0009132 [hep-ph] .
- P. H. Ginsparg, Nucl. Phys. B170, 388 (1980).
- T. Appelquist and R. D. Pisarski, Phys. Rev. D23, 2305 (1981).
- O. Gould and T. V. I. Tenkanen, JHEP 01, 048 (2024), arXiv:2309.01672 [hep-ph] .
- H. H. Patel and M. J. Ramsey-Musolf, JHEP 07, 029 (2011), arXiv:1101.4665 [hep-ph] .
- C. Grojean and G. Servant, Phys. Rev. D 75, 043507 (2007), arXiv:hep-ph/0607107 .
- O. Gould and C. Xie, JHEP 12, 049 (2023), arXiv:2310.02308 [hep-ph] .
- O. Gould and T. V. I. Tenkanen, JHEP 06, 069 (2021), arXiv:2104.04399 [hep-ph] .
- S. P. Martin and H. H. Patel, Phys. Rev. D 98, 076008 (2018), arXiv:1808.07615 [hep-ph] .
- A. D. Linde, Phys. Lett. B 96, 289 (1980).
- J. Löfgren, J. Phys. G 50, 125008 (2023), arXiv:2301.05197 [hep-ph] .
- S. R. Coleman and E. J. Weinberg, Phys. Rev. D 7, 1888 (1973).
- R. Jackiw, Phys. Rev. D 9, 1686 (1974).
- G. W. Anderson and L. J. Hall, Phys. Rev. D 45, 2685 (1992).
- M. Quiros, in ICTP Summer School in High-Energy Physics and Cosmology (1999) pp. 187–259, arXiv:hep-ph/9901312 .
- R. R. Parwani, Phys. Rev. D 45, 4695 (1992), [Erratum: Phys.Rev.D 48, 5965 (1993)], arXiv:hep-ph/9204216 .
- R. M. Fonseca, Comput. Phys. Commun. 267, 108085 (2021), arXiv:2011.01764 [hep-th] .
- E. J. Weinberg and A.-q. Wu, Phys. Rev. D 36, 2474 (1987).
- M. Laine, Phys. Rev. D 51, 4525 (1995), arXiv:hep-ph/9411252 .
- R. Fukuda and T. Kugo, Phys. Rev. D 13, 3469 (1976).
- J. S. Langer, Annals Phys. 54, 258 (1969).
- S. R. Coleman, Phys. Rev. D 15, 2929 (1977), [Erratum: Phys.Rev.D 16, 1248 (1977)].
- A. D. Linde, Phys. Lett. B 100, 37 (1981).
- A. D. Linde, Nucl. Phys. B 216, 421 (1983), [Erratum: Nucl.Phys.B 223, 544 (1983)].
- I. Affleck, Phys. Rev. Lett. 46, 388 (1981).
- A. Ekstedt, JHEP 08, 115 (2022a), arXiv:2201.07331 [hep-ph] .
- A. Ekstedt, Eur. Phys. J. C 82, 173 (2022b), arXiv:2104.11804 [hep-ph] .
- O. Gould and J. Hirvonen, Phys. Rev. D 104, 096015 (2021), arXiv:2108.04377 [hep-ph] .
- K. Saikawa and S. Shirai, JCAP 05, 035 (2018), arXiv:1803.01038 [hep-ph] .
- T. V. I. Tenkanen and J. van de Vis, JHEP 08, 302 (2022), arXiv:2206.01130 [hep-ph] .
- J. Kozaczuk, JHEP 10, 135 (2015), arXiv:1506.04741 [hep-ph] .
- G. D. Moore and T. Prokopec, Phys. Rev. Lett. 75, 777 (1995a), arXiv:hep-ph/9503296 .
- G. D. Moore and T. Prokopec, Phys. Rev. D 52, 7182 (1995b), arXiv:hep-ph/9506475 .
- D. Bodeker and G. D. Moore, JCAP 05, 025 (2017), arXiv:1703.08215 [hep-ph] .
- B. Laurent and J. M. Cline, Phys. Rev. D 102, 063516 (2020), arXiv:2007.10935 [hep-ph] .
- B. Laurent and J. M. Cline, Phys. Rev. D 106, 023501 (2022), arXiv:2204.13120 [hep-ph] .
- C. L. Wainwright, Comput. Phys. Commun. 183, 2006 (2012), arXiv:1109.4189 [hep-ph] .
- P. Schicho and D. Schmitt, https://github.com/DMGW-Goethe/DRansitions (2024).
- M. Lewicki and V. Vaskonen, Phys. Dark Univ. 30, 100672 (2020a), arXiv:1912.00997 [astro-ph.CO] .
- M. Lewicki and V. Vaskonen, Eur. Phys. J. C 80, 1003 (2020b), arXiv:2007.04967 [astro-ph.CO] .
- M. Lewicki and V. Vaskonen, Eur. Phys. J. C 81, 437 (2021), arXiv:2012.07826 [astro-ph.CO] .
- M. Lewicki and V. Vaskonen, Eur. Phys. J. C 83, 109 (2023a), arXiv:2208.11697 [astro-ph.CO] .
- M. Hindmarsh, Phys. Rev. Lett. 120, 071301 (2018), arXiv:1608.04735 [astro-ph.CO] .
- M. Hindmarsh and M. Hijazi, JCAP 12, 062 (2019), arXiv:1909.10040 [astro-ph.CO] .
- C. Gowling and M. Hindmarsh, JCAP 10, 039 (2021), arXiv:2106.05984 [astro-ph.CO] .
- S. Blasi and A. Mariotti, Phys. Rev. Lett. 129, 261303 (2022), arXiv:2203.16450 [hep-ph] .
- M. Pieroni and E. Barausse, JCAP 07, 021 (2020), [Erratum: JCAP 09, E01 (2020)], arXiv:2004.01135 [astro-ph.CO] .
- R. A. Fisher, Phil. Trans. Roy. Soc. Lond. A 222, 309 (1922).
- N. Cornish and T. Robson, J. Phys. Conf. Ser. 840, 012024 (2017), arXiv:1703.09858 [astro-ph.IM] .
- M. Lewicki and V. Vaskonen, Eur. Phys. J. C 83, 168 (2023b), arXiv:2111.05847 [astro-ph.CO] .
- R. L. Workman and Others (Particle Data Group), PTEP 2022, 083C01 (2022).
Paper Prompts
Sign up for free to create and run prompts on this paper using GPT-5.
Top Community Prompts
Collections
Sign up for free to add this paper to one or more collections.