[論文レビュー] Diphoton Revelation of the Utilitarian Supersymmetric Standard Model

Ernest Ma|arXiv (Cornell University)|Dec 30, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用数 23

ひとこと要約

この論文は、2002年に提起された超対称標準模型のU(1)Xゲージ拡張——当初はμ問題を解決しバリオン数・レプトン数を保存することを目的として提唱された——が、ATLASが観測した750 GeVの二光子過剰現象を自然に説明できることを提案している。μ項を置き換えるスリークトルスカラーS3は、レプトクォークと結合し、グルーオン融合による生成とループ誘導による二光子崩壊を可能にし、バリオン数・レプトン数の自動保存と異常フリー構造を備えたモデル内で、暗黒物質やフレーバー異常を予測する一貫性があり、予測可能な説明を提供する。

ABSTRACT

In 2002, I proposed a unique $U(1)$ extension of the supersymmetric standard model which has no $μ$ term and conserves baryon number and lepton number separately and automatically. This model, ${without~any~change}$, has all the necessary and sufficient ingredients to explain the possible 750 GeV diphoton excess, observed recently by the ATLAS Collaboration at the Large Hadron Collider (LHC). It is associated with the superfield which replaces the $μ$ parameter. If confirmed and supported by subsequent data, it may even be considered as the first evidence for supersymmetry.

研究の動機と目的

• 2002年に提案された既存のU(1)X超対称標準模型の拡張が、ATLASが観測した750 GeVの二光子過剰現象を説明できることを示すこと。
• このモデルの既存の粒子内容——特にシングレットスカラーS3とレプトクォークスーパーフィールド——が、二光子生成と崩壊に必要な要素を提供することを示すこと。
• このモデルがバリオン数とレプトン数を自動的に保存し、異常フリーな構造を持つことから、標準模型を超える新しい物理の説得力ある候補であることを主張すること。
• 二光子信号が、S3がモデル内のμパラメータを置き換えることから、超対称性の最初の間接的証拠である可能性があることを確立すること。
• このモデルの予測する粒子と結合定数を通じて、二光子過剰現象と暗黒物質、LHCフレーバー異常を結びつけること。

提案手法

• モデルはMSSMにU(1)Xゲージ対称性を追加し、μ項を置き換えるシングレットスカラー超多重域S3を導入する。これにより、双線形μ項の必要性が排除される。
• 超ポテンシャルにはS3UUc、S3DDc、S3ϕ1ϕ2といった三重項項が含まれ、これによりグルーオン融合によるS3の1ループ生成と、2光子への1ループ崩壊が可能になる。
• 11個の立方項の正確な因数分解により異常キャンセレーションが保証され、BとLを自動的に保存する2つの解のクラスが得られる。
• Z′ゲージボソン（Z_X）はS1、S2、S3およびφ1、φ2の真空期待値によって質量を得るが、tanβ = 1により混合が抑制され、精度の高い電弱データと整合する。
• U(1)X電荷から導かれるZ_X → tt̄ / Z_X → μ⁺μ⁻ の分岐比は27/5であり、他のZ′モデルとは明確に区別できる。
• S3スカラーはレプトクォーク（U、Uc、D、Dc）およびφ1、φ2と結合し、γγ、ZZ、Zγ、および見えない状態（暗黒セクター状態を含む）への崩壊を可能にする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LHCにおける750 GeVの二光子過剰現象は、追加の手を加えない既存の超対称モデルで説明可能か？
• RQ2 2002年のU(1)XモデルにおけるシングレットスカラーS3が、1ループグルーオン融合生成と二光子崩壊に十分な結合定数を提供するか？
• RQ3 観測された二光子信号は、S3がμパラメータを置き換え、レプトクォークと結合するというモデルの予測と整合するか？
• RQ4 S3スカラーが見えない最終状態に崩壊することで、二光子過剰現象と暗黒物質が関連づけられるか？
• RQ5 S3スカラーのZ_Xゲージボソンは、フェルミオンへの特定の結合定数によって他のZ′モデルと区別可能か？

主な発見

• 750 GeVの二光子過剰現象は、2002年のU(1)XモデルにおけるシングレットスカラーS3によって説明可能であり、これはμ項を置き換え、三重項項を介してレプトクォークと結合する。
• S3スカラーは、レプトクォークスーパーフィールドU、Uc、D、Dcを介するループ図を通じてグルーオン融合によって生成され、ヒッグス粒子と同様のメカニズムを取る。
• S3は同じレプトクォークとヒッグスノイド的結合を介するループ図を通じて二光子に崩壊し、色ノードの電荷をもつϕフェルミオンの寄与によりレートが増幅される。
• モデルはZ_X → tt̄ と Z_X → μ⁺μ⁻ の分岐比が27/5であると予測し、これはLHCでのテストに向けた特徴的なシグネチャである。
• S3スカラーはZZおよびZγへの崩壊レートがγγと同等であり、S1S2または暗黒セクター状態への崩壊により、見えない幅が増幅される。
• S3スカラーが750 GeVの二光子共鳴状態と同一視されれば、S3がモデル内でのμパラメータを置き換えていることから、超対称性が実在であると示唆される。