[論文レビュー] Constraints on 750 GeV colorless Q-onia from running couplings

Luis A. Anchordoqui, Haim Goldberg+1 more|arXiv (Cornell University)|May 6, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 25被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、新しい自己相互作用するSU(N_TC)ゲージ群と電弱群の下で変換する、ベクトル的フェルミオンの束縛状態（Q-オニア）を介してLHCにおける750 GeVの二光子過剰を説明する複合モデルを提案する。クーロン近似を用いて、二光子データをフィットし、許容されるハイパーチャージ範囲を特定した：N_TC=2では2.26 ≤ Y_Q ≤ 2.53、N_TC=3では2.17 ≤ Y_Q ≤ 2.31であり、重要な「煙の証拠」としてη_Q → ZH崩壊が予測される。

ABSTRACT

We present yet another composite model explaining the relatively broad peak in the diphoton invariant mass distribution around 750 GeV recently observed at the LHC experiments. We consider the excess originates in bound states of vector-like fermions Q transforming under the electroweak group (but not QCD) of the standard model and which are also charged under a new SU(N_{TC}) QCD-like confining force. Since the new uncolored fields transform as SU(2) doublets they can acquire a mass through Yukawa interactions with the electroweak Higgs doublet, as quarks and leptons. We parametrize the Q-onium bound state using the Coulomb approximation and give a numerical fit to the diphoton excess consistent with no strong coupling effects up to about 30 TeV, which is the energy scale for next generation colliders. The range of allowed hypercharge Y_Q is given by 2.26 \leq Y_Q \leq 2.53 for N_{ m TC} =2 and 2.17 \leq Y_Q \leq 2.31 for N_{ m TC} = 3. The smoking gun for the model would be the discovery of Q-onia decaying into Higgs and Z-boson.

研究の動機と目的

• LHCラン2データで観測された750 GeVの二光子共鳴状態を、新しいベクトル的フェルミオンの束縛状態として説明すること。
• 隠れた自己相互作用するSU(N_TC)ゲージ群と電弱対称性を備えた最小の複合モデルを構築すること。
• Q-オニア束縛状態に対してクーロン近似を用いて二光子過剰をフィットし、30 TeVまで摂動的メソッドが有効であることを保証すること。
• 観測された二光子信号と実験的制約に整合するように、新しいフェルミオンのハイパーチャージY_Qを制約すること。
• 将来の実験的検証のための「煙の証拠」としてのシグネチャ―—η_Q → ZH崩壊—を特定すること。

提案手法

• 新しい自己相互作用力がクーロン力に類似しているとみなして、Q-オニア束縛状態をクーロン近似でモデル化する。
• 電弱ヒッグスダブルットとベクトル的フェルミオンQとの間のユカワ結合を含め、クォーク質量に類似した質量を生成する。
• SU(N_TC)ゲージ群の結合定数のエネルギースケール依存性（ランダム結合）を用いて、摂動的アプローチが有効となるエネルギー領域（約30 TeVまで）を制約する。
• 二光子崩壊断面積σ × BR(η_Q → γγ)を計算し、LHCデータから観測された5 fbの断面積にフィットする。
• ビッグバン核合成（BBN）の制約を適用し、技術的グルーゴループの崩壊が軽い元素の豊度を破壊しないことを保証する。
• 技術的グルーゴループの崩壊断面積（G_TC → γγ）を導出し、BBNに悪影響を及げないほど短い寿命（<10⁻²⁸ s）であることを確認する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 750 GeVの二光子過剰は、新しい自己相互作用ゲージ群の下で変換するベクトル的フェルミオンの束縛状態によって説明可能か？
• RQ2 30 TeVまで結合定数のランダム性が保たれる条件下で、二光子信号に適合するハイパーチャージY_Qの範囲は何か？
• RQ3 特にビッグバン核合成期における技術的グルーゴループの崩壊から、モデルに課される宇宙論的制約は何か？
• RQ4 η_Q → ZHの予測分岐比は何か？また、二光子崩壊断面積と比べてどうか？
• RQ5 Q場のユカワ結合は、高エネルギー域における電弱対称性の安定性にどのように影響するか？

主な発見

• クーロン近似を用いたQ-オニア束縛状態のモデルにより、750 GeVにおける観測された二光子断面積（約5 fb）をフィットできた。
• N_TC = 2の場合、許容されるハイパーチャージ範囲は2.26 ≤ Y_Q ≤ 2.53、N_TC = 3では2.17 ≤ Y_Q ≤ 2.31である。
• 技術的グルーゴループの崩壊断面積は短寿命（<10⁻²⁸ s）と推定され、ビッグバン核合成に顕著な影響を及げないことが保証された。
• モデルは「煙の証拠」としてのシグネチャ―を予測する：η_Q → ZH崩壊であり、その分岐比は二光子断面積の10%未満である。
• Q場のユカワ結合により、約100 TeV以上でヒッグス四次結合定数が負に傾き、電弱対称性の不安定性が示唆された。
• 隠れた重いスカラー単一状態が、ヒッグス四次結合定数に正のしきい値補正を提供することで、電弱対称性の安定化を可能にする可能性がある。