[論文レビュー] Indications for extra scalars at LHC? -- BSM physics at future $e^+e^-$ colliders

François Richard|arXiv (Cornell University)|Jan 14, 2020

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 29被引用数 8

ひとこと要約

本稿は、標準模型を超える追加のスカラー共振状態の証拠をLHCデータから検討し、擬スカラーボソンを伴う複合ヒッグスフレームワークを提案する。700 GeV付近のZZ → 4レプトンでの可能性のある信号と、約400 GeV付近のCP奇性スカラーが示唆されており、今後の$e^+e^-$衝突機がこれらの異常を検証するために不可欠であるとされる。

ABSTRACT

This paper intends to collect available data on searches for scalar resonances at LHC. It is suggested that, in the absence of SUSY, the most compelling picture is the composite framework, with the idea that the lightest particles are composite scalars of the pseudo-Nambu-Goldstone type, emerging from a broken symmetry at a higher scale, the h(125) boson being one of them. Searches in two-photons, Z-photon, ZZ into 4 leptons, top, h and W pairs are reviewed. A recent search based on lepton tagging from a spectator W/Z is also discussed. Aside from the already well-known scalar observed by CMS and LEP2 at 96 GeV, I discuss the evidence and the interpretation for a possible resonance observed in ZZ around 700 GeV by CMS and ATLAS and some evidence for a CP-odd scalar at ~400 GeV. Future searches at HL-LHC and at $e^+e^-$ colliders are briefly sketched.

研究の動機と目的

• LHCデータからの新しいスカラー共振状態の実験的兆候、特に二ボソンおよびトップクォーク崩壊チャンネルにおける評価。
• 擬ネーヴェン＝ゴールドストーン粒子を伴う複合ヒッグス状況が、新しいスカラーの背後にあるメカニズムとして妥当であるかの評価。
• 700 GeV付近のZZ → 4レプトンにおける潜在的共振状態信号と、400 GeV付近のCP奇性スカラーの同定と解釈。
• これらの異常を解明するための今後の$e^+e^-$衝突機の物理学的潜在能力の概説。
• 超対称性が存在しない状況における欠落信号を解釈するための素性フレームワークの提供。

提案手法

• 2光子、Zγ、ZZ → 4レプトン、トップクォーク対、W対の最終状態におけるLHC探索の体系的レビュー。
• 感度を向上させるために、付随するW/Zからのレプトンタグィング解析を最近のものに組み込む。
• 有効場理論的手法を用いて、複合スカラーのダイナミクスと自発的対称性の破れをモデル化。
• 400–700 GeVの範囲で、インバリアント質量分布を用いて潜在的共振ピークを同定。
• 観測された信号を標準模型の期待値と比較し、重要度と整合性を評価。
• LHCの異常を基に、今後の$e^+e^-$衝突機における発見可能性の予測。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LHCデータには、125 GeVのヒッグスボソンを超える新しいスカラー共振状態の証拠があるか？
• RQ2 700 GeV付近のZZ → 4レプトンでの観測された異常は、新しいスカラー共振状態として解釈可能か？
• RQ3 複合ヒッグスフレームワーク内において、400 GeV付近のCP奇性スカラー共振状態の妥当な説明はあるか？
• RQ4 これらの異常は、強い相互作用と擬ネーヴェン＝ゴールドストーン粒子のモデルにどのような制約を課すか、あるいは支持するか？
• RQ5 今後の$e^+e^-$衝突機が、これらの提案された共振状態をどの程度の感度で発見可能か？

主な発見

• CMSとATLAS両方のデータで、ZZ → 4レプトン最終状態に約700 GeVの共振状態信号が観測されており、結合的有意度は新たなスカラーの可能性を示唆している。
• 400 GeV付近のCP奇性スカラー共振状態の証拠が報告されているが、700 GeVの信号ほど有意度は高くない。
• CMSとLEP2が観測した96 GeVの共振状態は、複合フレームワークにおける既知の擬ネーヴェン＝ゴールドストーン粒子と整合的である。
• LHCにおける超対称性の信号の不在は、軽い複合スカラーを伴う複合ヒッグスモデルを支持する要因となる。
• 700 GeVおよび400 GeVの共振状態仮説を高精度測定で検証するために、今後の$e^+e^-$衝突機が不可欠であるとされている。
• 付随するW/Zからのレプトンタグィング技術は、特にマルチレプトン最終状態において、新しい共振状態の感度を向上させる。