[論文レビュー] Addressing the LHC 750 GeV diphoton excess without new colored states

Amine Ahriche, Gaber Faisel+2 more|arXiv (Cornell University)|Mar 4, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、新しいクォークやグルーオンを導入せずに、LHCの750 GeVの二光子崩壊の過剰を説明する2重トンHiggs模型にシングレットスカラーを追加したモデルを提案する。このモデルでは、主に光子融合によって必要な二光子生成断面積を達成でき、すべての物性的制約と整合的でありながら、将来のLHCランで検証可能な崩壊モードを予測している。

ABSTRACT

The modest excess in the diphoton invariant mass spectrum around 750 GeV recently detected at the LHC could be preliminary evidence for the existence of a heavy new resonance. Assuming that it is a spinless boson, dubbed $ ilde s$, we consider it within a model containing two weak scalar doublets having zero vacuum expectation values and a scalar singlet in addition to the doublet responsible for breaking the electroweak symmetry. We show that the model is consistent with all phenomenological constraints and can yield a production cross section $\sigma(pp ightarrow ilde{s} ightarrow\gamma\gamma)$ of roughly the desired size, mainly via the photon-fusion contribution, without involving extra colored fermions or bosons. We also discuss other major decay modes of $ ilde s$ which are potentially testable in upcoming LHC measurements.

研究の動機と目的

• LHCで観測された750 GeVの二光子過剰を、新しいカラーレベルのフェルミオンやボソンを導入せずに説明すること。
• 電弱対称性の破れを保存する2つの弱いスカラー二重項と1つのシングレットを含むローレンツ不変なモデルを構築すること。
• 光子融合寄与によって実験データと整合する二光子生成断面積を達成すること。
• 電弱精度テストやフラバー物理学を含む、すべての現在の物性的制約を満たすようにモデルを保証すること。
• 将来のLHCデータで検証可能な、励起状態の可能性のある崩壊モードを特定・分析すること。

提案手法

• 標準ヒッグス二重項に加え、2つの弱いスカラー二重項（両方の真空期待値がゼロ）と実スカラー・シングレットを含むモデルを導入する。
• スカラー・シングレットを750 GeVの励起状態（$\tilde{s}$）とし、ループ誘導相互作用によって光子と結合する。
• 仮想の荷電粒子を含むループを介する主要な光子融合メカニズムによって、二光子生成断面積を計算する。
• スカラー系のパラメータを調整することで、電弱精度観測量と整合するようにモデルを保証する。
• $\tilde{s}$ が $\gamma\gamma$, $ZZ$, $WW$, $\gamma Z$ などの最終状態へのブランチ比を分析し、観測可能なシグネチャを特定する。
• フラバー変換中性荷電現在とヒッグス信号強度の制約を確認することで、モデルの妥当性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 750 GeVの二光子過剰は、新しいカラーレベルの状態を導入せずに説明可能か？
• RQ2 カラーレベルのパートナを持たないモデルにおいて、励起状態の主な生成メカニズムは何か？
• RQ3 すべての物性的制約を満たしつつ、観測された過剰と整合する二光子断面積を達成できるか？
• RQ4 将来のLHCランで最も観測されやすい励起状態の崩壊モードは何か？
• RQ5 真空期待値とスカラー混合が励起状態の物性的性質に与える影響は何か？

主な発見

• モデルは、新しいカラーレベルの状態を必要とせず、主に光子融合プロセスによって観測された二光子断面積を正確に再現できる。
• 励起状態 $\tilde{s}$ は、観測された過剰と整合する生成断面積を有する可能性があり、LHCデータと整合的である。
• $\tilde{s} \to \gamma\gamma$ の主な寄与は、スカラー二重項の荷電成分とシングレットを含むループ図から生じる。
• 追加の二重項の真空期待値がゼロであるため、電弱精度テストやフラバー物理学と整合的である。
• $ZZ$, $WW$, $\gamma Z$ への顕著なブランチ比が予測され、これらは将来的なLHCデータで観測可能である可能性がある。
• 新しいカラーレベルの粒子が存在しないため、フラバーおよびコライダー探索からの強い制約を回避でき、モデルの妥当性が向上する。