[論文レビュー] Interpreting $750$ GeV Diphoton Excess with R-parity Violating Supersymmetry

Ran Ding, Li Huang+2 more|arXiv (Cornell University)|Dec 21, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 76

ひとこと要約

本稿では、クォークと反クォークの対消滅によって生成されるスネュートリノ共鳴状態によって750 GeVの二光子過剰が説明される、レプチオン的R対称性破れ超対称性モデルを提案する。二光子衰え率の増幅は、ループ内でのスレプチオンを含む大きな三重項ソフト項から生じ、CMSのデータを stauおよびスムーオン質量が375–410 GeV（重い電弱ノンヒノの場合は375–480 GeV）でうまくフィットする。一方、ATLASのデータは大きな全幅制約により除外される。

ABSTRACT

We propose an supersymmetric explanation of the diphoton excess in the Minimal Supersymmetric Standard Model with the leptonic R-parity violation. Where the sneutrino serves as the 750 GeV resonance and produced through quark anti-quark annihilation. With introducing appropriate trilinear soft parameters, we show that the diphoton branching ratio is significantly enhanced compared with the conventional MSSM. The parameter space favored by diphoton excess strongly indicates the mass of smuon and stau fall into the range $375-410$ (375-480) GeV, which depending on the electroweakino masses. In addition, the $R$-parity-violating trilinear couplings involved with second generation quarks are both favored by compatibility of diphoton excess and low-energy constraints.

研究の動機と目的

• LHCラン2でのATLASおよびCMSが観測した750 GeVの二光子過剰を、追加の特異粒子を導入せずに説明すること。
• R対称性破れMSSMが実験的データと整合する十分に大きな二光子分岐比を生成できるかを調査すること。
• LHCおよび低エネルギー制約と整合する三重項ソフト項およびスレプチオン質量の有効なパラメータ空間を同定すること。
• スレプチオンループによる二光子衰えの増幅によって、従来のMSSMと区別可能なモデルを構築すること。
• 8 TeVおよび13 TeVのLHCデータ、特にジジェットおよび二光子共鳴状態に関して、モデルの整合性を評価すること。

提案手法

• 750 GeVの共鳴状態をR対称性破れMSSMフレームワーク内での第一世代スネュートリノとして同定する。
• スレプチオンおよびチャージンォやニュートラリノを含む三重項ソフト項 $ T_{\tilde{\nu}}^{ijk} $ を用いて、ループ誘導二光子衰えを増幅する。
• 電荷を帯びたスレプチオンおよびチャージンォを含む一次ループ図を用いて二光子衰え幅を計算し、主に $ \tilde{\mu}, \tilde{\tau} $ からの寄与が支配的であることを特定する。
• 8 TeVのジジェットおよび二光子共鳴状態探索、および $ A_{FB}^{f} $, $ Q_W(\text{Cs}) $, $ \beta\beta 0\nu $ 衰えといった低エネルギー観測量からの制約を適用する。
• 許容されるパラメータ空間の感度を評価するため、電弱ノンヒノ質量を350 GeVおよび800 GeVに固定する。
• 有効な領域を同定するために、$ m_{\tilde{\mu}, \tilde{\tau}} $, $ \lambda_2^{ijk} $, および $ T_{\lambda_1}^{1jj} $ に対する数値スキャンを実施する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 追加のベクトル型フェルミオンを導入せずに、R対称性破れMSSM内で750 GeVの二光子過剰を説明できるか？
• RQ2 スレプチオンを含む三重項ソフト項が、従来のMSSMと比較して二光子分岐比をどのように増幅させるか？
• RQ3 二光子過剰および低エネルギー制約と両立する $ \lambda_2^{ijk} $ コアペリングの組み合わせは何か？
• RQ4 8 TeVのLHCジジェットおよび二光子共鳴状態探索からの制約は、モデルの妥当性にどのように影響するか？
• RQ5 ATLASとCMSが報告する異なる信号幅を考慮しても、モデルは8 TeVおよび13 TeVのLHCデータと整合的か？

主な発見

• スレプチオンを含む大きな三重項ソフト項がループ内に存在することにより、従来のMSSMと比較して二光子分岐比が顕著に増幅される。
• モデルはCMSの二光子過剰を信号強度 $ (6 \pm 3) $ fbでうまくフィットするが、45 GeVの幅を持つATLASデータは大きな全幅制約により除外される。
• スティューおよびスムーオン質量は、軽い（重い）電弱ノンヒノの場合はそれぞれ375–410 GeV（375–480 GeV）の範囲に予測され、強くテスト可能な予測を提供する。
• スネュートリノの全衰え幅は、軽い（重い）電弱ノンヒノの場合は最大30 GeV（17 GeV）に達し、CMSが観測した幅と整合的である。
• $ \beta\beta 0\nu $ 衰え制約により $ \lambda_2^{111} $ は強く制限され、$ m_{\tilde{\chi}^0} = 350 $ GeV の場合 $ \lambda_2^{111} \leq 0.053 $ となるため、パラメータ空間の一部が除外される。
• 第二世代クォークを含むカップリング（$ \lambda_2^{122}, \lambda_2^{112} $）が、8 TeVおよび13 TeVのLHCデータの両方とより良好に整合するため、好ましいとされる。