[論文レビュー] Interpreting 750 GeV diphoton resonance as degenerate Higgs bosons in NMSSM with vector-like particles

Fei Wang, Wenyu Wang+3 more|arXiv (Cornell University)|Dec 28, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 6

ひとこと要約

本論文は、LHCデータにおける750 GeVの二光子共鳴が、ベクトル励起粒子を伴う拡張されたNMSSMにおける2つのほぼ degenerate なシングレット型ヒッグス粒子（h₂ ≈ a₁ ≈ 750 GeV）に起因すると提案する。このモデルは、ループ誘導型二光子崩壊を通じて共鳴を説明し、ダークマターに類似した状態への顕著な非可視崩壊を予測し、LHCにおける検証可能なモノジェットのシグネチャーを提示する。

ABSTRACT

In this work, we explain the 750 GeV diphoton resonance in the Next-to-Minimal Supersymmetric Standard Model (NMSSM) by introducing vector-like particles. Such an extension is well motivated from the top-down view since some grand unified theories usually predict the existence of singlet scalars and vector-like particles at weak scale. In our model, the 750 GeV resonance can be interpreted as two nearly degenerate singlet-like Higgs bosons (mh2 ≈ ma1 ≈ 750 GeV). Under the constraints from the LHC data and dark matter experiments, we scan the parameter space and find that such a model can successfully account for the 750 GeV diphoton excess. Besides, we find that the two 750 GeV Higgs bosons h2 and a1 can sizably decay to � 0 � 0 invisibly. Therefore, search for the monojet events through the process gg → h2/a1(→ � 0 � 0 )j can further test our scenario at

研究の動機と目的

• LHCラン2データで観測された750 GeVの二光子共鳴を、拡張された次に最小の超対称標準模型（NMSSM）を用いて説明すること。
• 大統一理論に由来するモチベーションを持つベクトル励起粒子を組み込み、モデルの安定化と共鳴解釈の実現を可能にすること。
• LHCデータおよびダークマター実験からの制約の範囲で共鳴を説明すること。
• 750 GeVの状態がダークマターに類似した粒子へ顕著な非可視崩壊を示す可能性を検討すること。

提案手法

• ベクトル励起粒子をNMSSMに導入し、スカラー系を拡張することで、750 GeVにほぼデジェネレートな2つのシングレット型ヒッグス粒子（h₂とa₁）の形成を可能にする。
• 質量が約750 GeVで、小さな質量スプリングを持つ2つのヒッグス状態（h₂とa₁）を許容するスカラーポテンシャルを構築する。
• トップおよびベクトル励起フェルミオンのループを介したループ誘導型二光子崩壊断面積を計算し、観測された二光子過剰を再現する。
• Z₂に類似した対称性を仮定し、h₂およびa₁がダークマターに類似した状態（ϕ₀ϕ₀）へ非可視崩壊する分支比を評価する。
• LHC二光子データ、ダークマターの残存密度、直接検出限界によって制約されたパラメータ空間スキャンを実施する。
• グルーオン融合によるh₂/a₁生成とその後の非可視崩壊ϕ₀ϕ₀を経由するモノジェットシグネチャーを分析し、LHCでの観測可能性を予測する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 750 GeVの二光子共鳴は、ベクトル励起粒子を伴う拡張されたNMSSMにおける2つのほぼデジェネレートなシングレット型ヒッグス粒子によって一貫して説明可能か？
• RQ2 LHC二光子データおよびダークマター制約を満たすパラメータ空間の有効領域は何か？
• RQ3 750 GeVのヒッグス状態が、ダークマターに類似した粒子へどの程度非可視崩壊を示すか？
• RQ4 モノジェットチャンネル gg → h₂/a₁ → ϕ₀ϕ₀j は、このモデルのLHCにおける補足的検証を可能にするか？

主な発見

• 750 GeVの二光子共鳴は、質量がともに約750 GeVである2つのほぼデジェネレートなヒッグス粒子（h₂とa₁）が、拡張されたNMSSMの枠組み内で説明可能である。
• このモデルは、トップおよびベクトル励起フェルミオンのループを介した誘導型崩壊を通じて、観測された二光子過剰をうまく再現する。
• h₂およびa₁の両方に対して、ダークマターに類似した状態ϕ₀ϕ₀への顕著な非可視分支比（最大で数パーセントから数10パーセント）が得られた。
• gg → h₂/a₁ → ϕ₀ϕ₀j を通じるモノジェットシグネチャーは、LHCで観測可能であると予測され、このモデルの主要な実験的検証手段となる。
• LHC二光子データ、ダークマターの残存密度、直接検出制限を満たすパラメータ空間は、実現可能で非自明な範囲である。
• ベクトル励起粒子の導入により、大統一理論に由来するトップダウン的モチベーションが得られ、モデルの理論的整合性が向上する。