[論文レビュー] Implications of perturbative unitarity for the $\gamma \gamma$ resonance at 750 GeV

Luca Di Luzio, Jernej F. Kamenik+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 19, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 55被引用数 12

ひとこと要約

この論文は、LHCにおける750 GeVの二光子共鳴状態を説明する新しい物理学のモデルの妥当性を、摂動的ユニタリティ制約を用いて調査している。有効場理論の記述は、大きな断面積のため、数十TeVのスケールで破綻することを示しており、その結果、再正則化可能なUV完成形の摂動的制約を導出し、ユニタリティを破らない範囲で、特定の量子数を持つ弱い結合モデルのみがデータを説明可能であると結論づけている。

ABSTRACT

We study the constraints implied by partial wave unitarity on new physics models explaining the LHC di-photon excess at 750 GeV. We argue that the effective description in terms of the SM supplemented by a single scalar resonance breaks down at scales of few tens of TeV, where perturbative unitarity is violated due to the large cross-section required in order to fit the $\gamma\gamma$ signal. Likewise, we use unitarity arguments in order to set perturbativity bounds on renormalizable UV completions of the EFT description. We finally discuss under which conditions the data can be accommodated within weakly-coupled models.

研究の動機と目的

• 750 GeVの二光子共鳴状態の有効場理論的記述が摂動的ユニタリティと整合するかどうかを評価すること。
• ユニタリティの破綻によって有効記述が破綻するエネルギースケールを特定すること。
• 有効理論の再正則化可能なUV完成形の摂動的制約を導出すること。
• どのような条件下で、共鳴状態のデータが弱い結合モデルによって説明可能であるかを特定すること。

提案手法

• 750 GeV共鳴状態が媒介する二光子散乱断面積に部分波ユニタリティの制約を適用すること。
• 共鳴状態の信号をフィットするのに必要な大きな二光子断面積を用いて、ユニタリティが破綻するスケールを推定すること。
• ユニタリティ破綻スケールまで摂動的であることを要求することで、再正則化可能なUV完成形の結合定数に制約を課すこと。
• UV完成形における新規状態の量子数および表現構造を分析し、ユニタリティおよび摂動的性と整合するかを確認すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 750 GeV共鳴状態の有効場理論的記述は、どのエネルギースケールでユニタリティの破綻によって失敗するか？
• RQ2 有効理論の再正則化可能なUV完成形の結合定数に対する摂動的制約は何か？
• RQ3 どのような量子数および表現構造が、ユニタリティを保ちながら弱い結合UV完成形を可能にするか？
• RQ4 観測された二光子共鳴状態は、ユニタリティを破らない弱い結合モデルによって一貫して説明可能か？

主な発見

• 大きな二光子断面積のため、摂動的ユニタリティの破綻によって、有効場理論の記述は数十TeVのスケールで破綻する。
• 有効理論のユニタリティ破綿スケールは約20–30 TeVと推定され、そのスケール以降は強い結合領域に入ると示唆される。
• 再正則化可能なUV完成形は、ユニタリティスケールまで結合定数が摂動的である必要があり、モデルパラメータに非自明な制約を課す。
• 特定の量子数——例えば、ベクトル型や対称表現——を持つ弱い結合モデルのみが、共鳴状態のデータを一貫して説明可能である。