[論文レビュー] $\boldsymbol{SU(3)_{C}\otimes SU(3)_{L}\otimes U(1)_{X}}$ models in view of the $750$ GeV diphoton signal

R. Martı́nez, F. Ochoa+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 10, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 10被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、ATLASおよびCMSが観測した750 GeVの二光子過剰現象を説明する枠組みとして、$SU(3)_C \otimes SU(3)_L \otimes U(1)_X$ モデルを検討する。ループレベルの二光子崩壊を、異常な電荷をもつベクトルボソン、電荷をもつヒッグスボソン、およびトップ／ボトム／電子に類似した異常なフェルミオンが媒介するものとして分析し、干渉効果が生成断面積を顕著に変化させることを示している。特に、$\beta = \pm 1/\sqrt{3}$ および $\beta = \pm \sqrt{3}$ のモデルは、特定の質量および結合定数の制約下で信号を適合可能とする。特に、異常クォークの質量が900 GeVを超える場合、およびヤコビ型結合が小さい場合に顕著である。

ABSTRACT

We analyze the recent diphoton signal reported by ATLAS and CMS collaborations in the context of the $SU(3)_{C}\otimes SU(3)_{L}\otimes U(1)_{X}$ anomaly free models, with a 750 GeV scalar candidate which can decay into two photons. These models may explain the 750GeV signal by means of one loop decays to $γγ$ through charged vector and Higgs bosons, as well as top-, bottom- and electron-like exotic particles that arise naturally from the condition of anomaly cancellations of the $SU(3)_{C}\otimes SU(3)_{L}\otimes U(1)_{X}$ models.

研究の動機と目的

• ATLASおよびCMSが観測した750 GeVの二光子共鳴状態を説明する$SU(3)_C \otimes SU(3)_L \otimes U(1)_X$ モデルの妥当性を評価すること。
• 750 GeVのスカラー粒子の二光子崩壊が、異常なベクトルボソン、電荷をもつヒッグスボソン、および異常なフェルミオンを含むループ図を通じて媒介可能かどうかを特定すること。
• フェルミオン、ベクトルボソン、ヒッグスの寄与間の干渉効果が、二光子生成断面積に与える影響を評価すること。
• 観測された6 fbの断面積および45 GeVの幅に基づき、異常クォークの質量やヤコビ型結合定数といったモデルパラメータを制約すること。

提案手法

• 本研究では、スカラー三重項 $\chi$、$\rho$、$\eta$ を用いた対称性の自発的破れを伴う $SU(3)_C \otimes SU(3)_L \otimes U(1)_X$ のゲージ群を採用し、これにより質量をもつ異常状態が生成される。
• フェルミオンの内容は、電荷生成子 $Q = T_3 + \beta T_8 + X I$ の $\beta$ パrameterに依存し、$\beta = \pm \sqrt{3}$ および $\pm 1/\sqrt{3}$ の場合を検討する。
• 二光子崩壊振幅は、フェルミオン $\psi$、電荷をもつベクトルボソン $K^\pm$、および電荷をもつヒッグスボソン $h^{\pm}$ や $h^{\pm\pm}$ の寄与を含む、形式因子 $F_0$、$F_{1/2}$、$F_1$ を用いて1ループレベルで計算される。
• フェルミオン寄与とボソン寄与の間の符号の違いを考慮した、全振幅式を用いて、ループ内での異なる粒子寄与間の干渉効果を体系的に評価する。
• 観測された二光子断面積6 fbおよび幅45 GeVを用いて制約を適用し、LHCによる異常クォークの質量に関する制限も適用する。
• 異なる $\beta$ 値およびモデルバージョン（AおよびB）について、生成断面積 $\sigma(pp \to \xi_\chi \to \gamma\gamma)$ の数値的等高線を、質量および結合定数を変化させながら生成する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 $SU(3)_C \otimes SU(3)_L \otimes U(1)_X$ モデルは、1ループ過程による2光子への崩壊を通じて750 GeVの二光子共鳴状態を説明可能か？
• RQ2 異常フェルミオン、電荷をもつベクトルボソン、および電荷をもつヒッグスボソンの寄与間の干渉効果は、これらのモデルにおける二光子生成断面積にどのように影響するか？
• RQ3 観測された6 fbの断面積および45 GeVの幅を再現できる異常クォークの質量およびヤコビ型結合定数の許容可能なパラメータ範囲は何か？
• RQ4 なぜ $\beta = \sqrt{3}$ のモデルは、検討された $\beta$ 値の中で最も小さいヤコビ型結合値を示すのか？
• RQ5 どのような条件下で、フェルミオンおよびヒッグス寄与が妥当であるにもかかわらず、ベクトルボソン寄与の導入によりモデルが除外されるのか？

主な発見

• $\beta = 1/\sqrt{3}$ の場合、異常クォーク質量 $m_T > 900$ GeV およびヤコビ型結合 $h/4\pi < 0.5$ の条件下でモデルは妥当であり、特にフェルミオン寄与のみを考慮した場合に顕著である。
• $\beta = -1/\sqrt{3}$ の場合、フェルミオンおよび電荷をもつヒッグス寄与を含めた場合、$m_T > 900$ GeV の許容領域が存在するが、ベクトルボソン寄与が断面積を強く抑制する。
• $\beta = \sqrt{3}$ のモデルは、$h/4\pi < 0.5$ および $m_T > 1.8$ TeV の条件下で、ベクトルボソンによる優位な破壊的干渉のため除外される。
• $\beta = -\sqrt{3}$ のモデルも同様の挙動を示し、ベクトルボソン寄与による強い抑制を受けるが、すべての寄与を含めた場合に許容領域が出現する。
• 干渉効果は、$K^\pm$ ベクトルボソンに対して最も顕著であり、最大の抑制を引き起こす。一方、電荷をもつヒッグス寄与は最小の影響を及ぼす。
• 図中の緑（フェルミオンのみ）および青（全ループ）の線は、個々の寄与が除外される場合でも、全振幅が許容領域を回復させることを示しており、干渉の重要性を強調している。