[論文レビュー] 750 GeV Diphoton Excess from Cascade Decay

Fa Peng Huang, Chong Sheng Li+2 more|arXiv (Cornell University)|Dec 21, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 52

ひとこと要約

本論文は、中間状態を通じて2つの光子に崩壊する重い共鳴状態による段階的崩壊機構を用いて、ATLASおよびCMSが観測した750 GeVの二光子過剰を説明する簡略化されたモデルを提案する。このモデルは四光子信号を予測し、1.6 TeVの二光子偏差（2.8σ）を説明しており、Run 1およびRun 2のデータと整合する可能性のあるダークマター候補を提供する。

ABSTRACT

Motivated by the recent 750 GeV diphoton excess observed by the ATLAS and CMS collaborations, we propose a simplified model to explain this excess. Model-independent constraints and predictions on the allowed couplings for generating the observed diphoton excess are studied in detail, and the compatibility between Run 1 and Run 2 data is considered simultaneously. We demonstrate that the possible four photon signal can be used to test this scenario, and also explain the interesting deviation for a diphoton mass of about 1.6 TeV by ATLAS, where the local significance is 2.8 $\sigma$. Meanwhile, this scenario also provides us with the dark matter candidates.

研究の動機と目的

• ATLASおよびCMSがRun 1データで観測した750 GeVの二光子過剰を説明すること。
• 観測された過剰がRun 2データと整合することを保証し、両データセット間の一貫性を確保すること。
• 提案されたモデルのテスト可能なシグネチャとしての四光子信号を予測すること。
• ATLASが観測した1.6 TeVの二光子偏差（局所的有意水準2.8σ）をモデルが説明できること。
• 同じモデル枠組み内で自然に生じる妥当なダークマター候補を同定すること。

提案手法

• 重いスカラーまたは擬スカラー共鳴状態が中間粒子を通じて段階的に2つの光子に崩壊するモデルを構築する。
• 観測された二光子共鳴状態と整合するように、結合定数の許容範囲をモデルに依存しない方法で制約する。
• モデルがRun 1およびRun 2の両方のデータと整合するかを同時に評価し、耐久性をテストする。
• 四光子最終状態に対するモデルの予測を、主要なテスト可能なシグネチャとして導出する。
• 同じセクターから自然に生じるダークマター候補を含めるようにモデルを拡張する。
• 理論的予測をATLASが観測した1.6 TeVの二光子過剰と比較し、整合性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 段階的崩壊機構は、Run 1データで観測された750 GeVの二光子過剰を説明できるか？
• RQ2 提案されたモデルは、ATLASおよびCMSのRun 1およびRun 2データと両方整合するか？
• RQ3 このモデルは、LHCでテスト可能な測定可能な四光子信号を予測するか？
• RQ4 このモデルは、ATLASが観測した1.6 TeVの二光子偏差（2.8σの有意水準）を説明できるか？
• RQ5 このモデルの同じセクターから自然に生じる妥当なダークマター候補が存在するか？

主な発見

• 中間状態を介する段階的崩壊機構は、Run 1データで観測された750 GeVの二光子過剰をうまく説明できる。
• モデルはRun 1およびRun 2の両方のデータと整合しており、異なる積分流速領域においても有効であることが示された。
• 四光子最終状態は特徴的なシグネチャとして予測され、将来的なLHC探索のテスト可能なチャンネルを提供する。
• モデルは、ATLASが観測した1.6 TeVの二光子偏差（局所的有意水準2.8σ）を自然に説明でき、整合性がある。
• モデルは、同じ基本的セクターから自然に生じるダークマター候補を組み込んでおり、理論的魅力を高めている。
• 結合定数に対する制約はモデルに依存しない方法で導出されており、広範な適用可能性と耐久性を保証している。