[論文レビュー] Diphoton excess at 750 GeV: Singlet scalars confront naturalness

Indrani Chakraborty, Anirban Kundu|arXiv (Cornell University)|Dec 21, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 7

ひとこと要約

この論文は、750 GeVの二光子崩壊の過剰が、ループ媒介過程を介してベクトル則フェルミオンを含む準縮退したゲージシングレットスカラーの崩壊によって生じると提案している。このメカニズムは、励起状態の広い幅を自然に説明する。さらに、このモデルは二次的発散の抑制によって階層問題を解決でき、観測されたデータによってシングレット四次結合定数が一意に固定され、摂動的自然性の枠組み内で完全に制約されたフレームワークを提供する。

ABSTRACT

We suggest that the recently observed diphoton excess at 750 GeV comes from a quasi-degenerate bunch of gauge singlet scalars produced and decaying through one or more vector-like fermions. This explains the broad nature of the resonance, even though the decay is loop-mediated. At the same time, the model keeps the new Yukawa couplings in the perturbative region, which is necessary for the stability of the potential. The interesting part is that such a model of singlet scalars and vector fermions can effectively address the fine-tuning problem, keeping the quadratic divergences at a manageable level. If one demands the cancellation of quadratic divergences, the data can completely specify the model, including the singlet quartic coupling that has no other way of being probed. We show the typical parameter space of such a model taking all these considerations into account.

研究の動機と目的

• LHCデータで観測された750 GeVの広い二光子共鳴状態を、複数のシングレットスカラー系によって説明すること。
• この共鳴状態の文脈において、ヒッグスポテンシャル内の二次的発散を抑制することで、微調整問題を解決すること。
• 他の手段では測定できないシングレット四次結合定数が、観測された二光子データによって一意に特定可能であることを示すこと。
• 摂動的かつ安定で、自然性および実験的制約と整合するモデルを構築すること。

提案手法

• 二光子に崩壊する共鳴状態として、準縮退したゲージシングレットスカラーの集合を仮定する。
• ループ誘導された二光子崩壊を媒介するベクトル則フェルミオンを導入し、ループ抑制にもかかわらず広い共鳴幅を実現する。
• 対称性または場の内容によるメカニズムを導入し、二次的発散のキャンセレーションを実現することで自然性を確保する。
• 二次的発散のキャンセレーションの要請をもとに、特にシングレット四次結合定数を含むモデルパラメータを制約する。
• 摂動性、自然性、および観測された二光子信号の組み合わせによる制約の下で、パラメータ空間のスキャンを実施する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ベクトル則フェルミオンを含む複数のシングレットスカラーを持つモデルは、750 GeVの広い二光子共鳴状態を説明できるか？
• RQ2 このようなモデルは、ヒッグスポテンシャル内の二次的発散をどのように抑制することで自然性を達成できるか？
• RQ3 他の手段では測定できないシングレット四次結合定数が、二光子データによってどの程度一意に特定可能か？
• RQ4 摂動性、自然性、および観測された信号の組み合わせによる制約の下で、このモデルの妥当なパラメータ空間はどのようなものか？

主な発見

• 750 GeVの二光子共鳴状態は、ベクトル則フェルミオンを介するループ図を経由する準縮退したゲージシングレットスカラー多重項の崩壊によって説明可能である。
• ベクトル則フェルミオンの導入により、ループ媒介崩壊にもかかわらず広い共鳴幅が実現可能であり、観測された信号と整合する。
• 二次的発散の効果的キャンセレーションにより自然性が達成され、ヒッグスポテンシャルの大きな量子補正から安定化される。
• 二次的発散キャンセレーションの要請により、シングレット四次結合定数が一意に決定され、二光子データによって完全に制約される。
• 摂動性、自然性、および観測された共鳴状態の性質の相互作用により、モデルの妥当なパラメータ空間は顕著に制限される。