[論文レビュー] 750 GeV Diphoton Resonance in Warped Geometries

JoAnne L. Hewett, Thomas G. Rizzo|arXiv (Cornell University)|Mar 27, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用数 23

ひとこと要約

この論文は、LHCで観測された750 GeVの二光子共鳴を説明するため、バルクに標準模型（SM）場を含み、重力およびゲージ場の運動エネルギー項をブレインに局在化させた歪んだ余次元モデルを提案する。ブレインに局在化した運動エネルギー項を調整することにより、750 GeVにスピン2の重力子KK状態を実現し、二光子データと整合するカップリングを得ると同時に、二レプトン探索、精度のとれた電弱測定、およびフレーバー変換中性荷重粒子の制約を満たす。自然な形でIRスケールが数TeVの範囲に位置する。

ABSTRACT

We examine the scenario of a warped extra dimension containing bulk SM fields in light of the observed diphoton excess at 750 GeV. We demonstrate that a spin-2 graviton whose action contains localized kinetic brane terms for both gravity and gauge fields is compatible with the excess, while being consistent with all other constraints. The graviton sector of this model contains a single free parameter, once the mass of the graviton is fixed. The scale of physics on the IR-brane is found to lie in the range of a $\sim$ few TeV, relevant to the gauge hierarchy. There remains significant flexibility in the coupled gauge/fermion KK sectors to address the strong constraints arising from precision measurements.

研究の動機と目的

• LHC 8 TeVおよび13 TeVのデータで観測された750 GeVの二光子共鳴を、歪んだ余次元モデルを用いて説明すること。
• スピン2の重力子解釈とLHCの二レプトン探索限界との間にある矛盾を解消すること。
• 精度のとれた電弱測定およびフレーバー変換中性荷重粒子の制約と両立すること。
• 重力およびゲージ場の局在化運動エネルギー項がモデルを安定化させ、微調整なしに軽いKK状態を許容できることを示すこと。
• このモデルにおけるIRスケールΛπが自然に数TeVの範囲に位置することを示し、電弱階層問題と整合すること。

提案手法

• UVおよびIRブレインで囲まれたAdS5時空の断片として状況をモデル化し、歪み因子e^(-ky)を用いる。
• バルクSM場と、IRブレイン上に局在化した重力およびゲージ場の運動エネルギー項（BLKTs）を含める。
• 重力子およびゲージボソン場のKaluza-Klein分解を用いて質量およびカップリングを計算する。
• ベッセル関数の根を用いてKKモードの質量を解く：m_G,n = x_G,n * k * ε、ここでx_G,1 ≈ 3.83。
• BLKTsを用いてフェルミオンへのゲージKKカップリングを抑制し、ρパラメータおよびZb̄b頂点への寄与を減少させる。
• BLKTパラメータδ₀ = δ_πの変動に対しても重力子解が安定であることを示し、必要なx_G,1やδ = 0.5に顕著なシフトがないことを見せる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 バルクSM場を有する歪んだ余次元におけるスピン2の重力子が、750 GeVの二光子共鳴を説明しつつ、LHCの制約と整合することができるか？
• RQ2 ゲージおよび重力場の局在化運動エネルギー項が、このモデルにおけるKK共鳴のカップリングおよび質量に与える影響は何か？
• RQ3 BLKTsが750 GeVの二光子信号の安定性および物性に与える影響は何か？
• RQ4 このモデルは、二レプトン探索、精度のとれた電弱データ、およびフレーバー変換中性荷重粒子の制約を同時に満たすことができるか？
• RQ5 このモデルにおけるIRスケールΛπの自然な範囲は何か？また、電弱階層問題とどのように関係するか？

主な発見

• 750 GeVの二光子共鳴は、質量m_G,1 ≈ 750 GeVのスピン2の重力子KK状態によって説明され、x_G,1 ≈ 5.110およびδ = 0.5を必要とする。
• BLKTsによるゲージKKカップリングの抑制により、二レプトン信号が約O(10³)の因子で減少し、二レプトン探索の限界と整合する。
• IRスケールΛπは約5 TeVの範囲に位置し、kr_c ≈ 11.27のとき、自然に電弱階層問題が実現される。
• KK寄与によるρパラメータのずれはV ∼ (1–5)×10⁻⁴に抑えられ、実験的限界内に収まる。
• BLKTパラメータδ₀ = δ_πが-17 ≤ δ₀ ≤ -5の範囲で変動しても、必要なx_G,1やδに顕著な変化がないため、重力子解は安定である。
• すべてのフェルミオンカップリングが同時に減少するため、特に第3世代クォークおよび第1・第2世代のフェルミオンにおいて、δ₀ ≈ -10以上で負の値をとると、フレーバー変換中性荷重粒子が抑制される。