[論文レビュー] Diboson Resonance as a Portal to Hidden Strong Dynamics

Cheng-Wei Chiang, Hajime Fukuda+3 more|arXiv (Cornell University)|Jul 9, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 6

ひとこと要約

この論文は、約2 TeVのATLAS二ボソン共鳴状態が、O(1–10) TeVのスケールで抑制された次元5オペレーターを通じて標準模型ゲージボソンと結合する、隠れた強い相互作用から生じる複合スピン0スカラーヒッグス粒子によって説明されると提案している。モデルは、強い結合した隠れたセクターにおける最も軽い複合状態として共鳴状態を実現し、バイファンドアメンタルスカラーフィールドを通じて結合を生成する。これにより、新しいスピン1共鳴状態（W'/Z'ボソンなど）を必要とせず、観測された過剰をうまく説明できる。

ABSTRACT

We propose a new explanation for excess events observed in the search for a high-mass resonance decaying into dibosons by the ATLAS experiment. The resonance is identified as a composite spin-$0$ particle that couples to the Standard Model gauge bosons via dimension-5 operators. The excess events can be explained if the dimension-5 operators are suppressed by a mass scale of ${\cal O}(1$-$10$) TeV. We also construct a model of hidden strong gauge dynamics which realizes the spin-$0$ particle as its lightest composite state, with appropriate couplings to Standard Model gauge bosons.

研究の動機と目的

• W'/Z'ボソンのような新しいスピン1共鳴状態を導入せずに、約2 TeVのATLAS二ボソン共鳴状態過剰を説明すること。
• 標準模型ゲージボソンと適切な結合を持つ最も軽い複合スピン0状態を生成する、隠れた強いゲージ相互作用の動的モデルを構築すること。
• 観測された過剰が、O(1–10) TeVスケールで抑制された次元5オペレーターによって説明可能であることを示すこと。
• 共鳴状態が隠れたセクターにおけるグルーオールまたはメソン状態として識別可能かどうかを検討すること。

提案手法

• 次元5オペレーターを介して複合スピン0スカラSが標準模型ゲージボソンと結合する有効場理論を定式化する：L_eff = (κ₃/Λ)S GₐᵤᵥGᵃᵘᵛ + (κ₂/Λ)S WᵢᵤᵥWⁱᵘᵛ + (5/3)(κ₁/Λ)S BᵤᵥBᵘᵛ。
• 幅が狭い近似を用いてグルーオン融合生成断面積を計算する：σ(pp→S) ∝ [Γ(S→gg)/M_S] × (∂L_gg/∂τ)/s。
• SU(5)ゲージ群とバイファンドアメンタルスカラQ, Q†を有する隠れた強い相互作用モデルを構築し、Λ_dyn ~ O(1) TeVでコンfinementが起こることで最も軽いスカラ状態が生成されることを示す。
• 重いバイファンドアメンタルスカラを積分して取り除くことで、複合スカラと標準模型ゲージボソンの有効結合を導出する。これにより、κ₃/Λ ∝ Λ_dyn³/m_D⁴が得られる。
• ナイーブ次元解析（NDA）を用いて結合係数の大きさを推定し、自然性を評価する。
• グルーオール状態を候補として検討するため、重いスカラを積分して有効相互作用を導出し、大きなNDA違反係数が必要であることを示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 次元5オペレーターを介して、複合スピン0スカラ粒子が約2 TeVのATLAS二ボソン共鳴状態過剰を説明可能か？
• RQ2 隠れた強いセクターにおけるどのような動的メカニズムが、標準模型ゲージボソンと必要な強度の結合を持つ最も軽い複合スカラを生成するか？
• RQ3 共鳴状態は、隠れたセクターにおいてメソン（QQ̄）として、それともグルーオール（HH）としてより自然に識別可能か？
• RQ4 NDAによる結合係数の期待値を考慮すると、必要な結合強度を達成するために微調整が必要か？
• RQ5 観測断面積と共鳴状態質量を再現するための必要な抑制スケールΛと動的スケールΛ_dynはどれか？

主な発見

• 約2 TeVの二ボソン共鳴状態過剰は、O(1–10) TeVスケールで抑制された次元5オペレーターを通じて、標準模型ゲージボソンと結合する複合スピン0スカラによって説明可能である。
• モデルは、SU(5)ゲージ対称性とバイファンドアメンタルスカラを有する隠れた強い相互作用セクターにおいて、最も軽い複合状態として共鳴状態を実現し、Λ_dyn ~ O(1) TeVでコンfinementが起こることで共鳴状態質量が生成される。
• 重いバイファンドアメンタルスカラを積分して取り除くことで有効結合が導出され、κ₃/Λ ∝ Λ_dyn³/m_D⁴が得られ、観測断面積を満たすためにm_D ~ O(1) TeVである必要がある。
• グルーオール状態は、自然性の期待値に反する大きなNDA違反係数κ ≈ O(100)を必要とするため、妥当な候補ではない。
• モデルは、WZ、WW、ZZ最終状態における観測された局所的有意水準2.6–3.4σをうまく再現でき、ATLASデータと整合的である。
• モデルは、スピン1共鳴状態の説明とは異なり、強い相互作用によるTeVスケールの共鳴状態の動的起源を提供する有効な代替案を提示する。