[論文レビュー] Diphoton Excess at 750 GeV from a Radion in the Bulk-Higgs Scenario

Peter Cox, Aníbal D. Medina+2 more|arXiv (Cornell University)|Dec 17, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 27

ひとこと要約

この論文は、ワーブド・エキストラ・ディメンションにおけるバルク・ヒッグス機構を伴うラディオンが、ATLASおよびCMSが観測した750 GeVのダイフォトン過剰に起因する可能性を提案している。ラディオンの質量ゲージボソンへの結合が抑制されることで、既存の制約を回避できる一方、ヒッグス粒子との混合（アライメント領域付近）によりダイフォトン信号が説明可能となり、トップクォーク対への大きな分支と、アライメントされた状況ではダイヒッグス崩壊が支配的になる可能性がある。

ABSTRACT

In this work we point out that the diphoton excess recently presented by the ATLAS and CMS collaborations might originate from a radion in the bulk Higgs scenario within a warped extra dimension. In this case the couplings of the radion to massive gauge bosons are suppressed, allowing it to evade existing searches. In the presence of mixing with the Higgs, due to the strong constraints from diboson searches, only points near what we denominate the alignment region are able to explain the diphoton signal and evade current experimental constraints. The radion always has a sizeable branching ratio into top pairs, which provides a somewhat model independent channel to probe this scenario in the near future. If alignment is strong however, there are regions of parameter space where diHiggs decays may dominate providing stronger constraints and interesting perspectives for future collider searches.

研究の動機と目的

• ATLASおよびCMSが観測した750 GeVのダイフォトン過剰を、バルク・ヒッグス機構を伴うワーブド・エキストラ・ディメンションにおけるラディオンによって説明すること。
• 特に二ボソン探索から生じる既存の新物理制約を回避する挑戦に対処すること。
• ラディオンがダイフォトン信号を説明しつつも、精度制限に整合する可能性のあるパラメータ領域を同定すること。
• 特にアライメント領域近辺におけるラディオンとヒッグス粒子の混合の役割を調査し、モデルの制約に対する安定性を高めること。

提案手法

• ラディオンを、ヒッグス場がバルクを伝播するワーブド・エキストラ・ディメンションにおけるスカラー励起状態としてモデル化する。
• ラディオンの質量ゲージボソンへの結合が抑制されるメカニズムを導入し、二ボソン探索における可視性を低下させる。
• ラディオンと標準模型ヒッグス粒子との混合を導入することで、二ボソン共鳴状態探索からの制約を満たす。
• アライメント限界を用いてヒッグス系を安定化させ、ラディオンが光子およびフェルミオンへと優先的に結合できるようにする。
• ラディオンの分支比を計算し、特にダイフォトン、トップクォーク対、およびダイヒッグス崩壊に注目する。
• 現在のLHCの制約下でのモデルの妥当性を評価し、将来のコライダー探索に向けた有望なチャンネルを同定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 バルク・ヒッグス機構を伴うワーブド・エキストラ・ディメンションにおけるラディオンは、750 GeVのダイフォトン過剰を説明しつつ、既存の実験的制約を回避できるか？
• RQ2 ラディオンとヒッグス粒子との混合は、特にアライメント領域近辺でモデルの妥当性にどのように影響を与えるか？
• RQ3 ラディオンの主要な崩壊チャネルは何か？ また、モデルパラメータに応じてどのように変化するか？
• RQ4 どのパラメータ空間領域でダイヒッグス崩壊が他のチャネルを上回るか？ そして、将来的なコライダー探索にどのような意味を持つのか？
• RQ5 ラディオンのトップクォークへの結合が、この状況のモデルに依存しないプローブとしてどのように機能するか？

主な発見

• ラディオンの質量ゲージボソンへの結合が抑制されることで、既存の二ボソン共鳴状態探索を回避でき、750 GeV過剰の妥当な候補となる。
• 混合パラメータ空間において、アライメント領域付近の点でのみ、ダイフォトン信号を説明しつつも、現在の実験的制約を満たすことが可能となる。
• ラディオンは常に大きなトップクォーク対への分支比を有しており、将来の実験的検証に向けた堅牢でモデルに依存しないチャンネルを提供する。
• 強いアライメント状況では、ダイヒッグス崩壊が支配的となり、特徴的なシグネチャを提供し、将来的なコライダー実験におけるより強い制約をもたらす。
• モデルは、特にアライメント領域において、トップおよびダイヒッグス最終状態での発見可能性を有する豊富な崩壊構造を予測しており、有望である。