[論文レビュー] Interpreting 750 GeV Diphoton Resonance in the 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 37

ひとこと要約

この論文は、NMSSMにベクトルレシプロカルなチャイナルスーパーフィールドを導入することで、750 GeVのダイフォトン共鳴状態を説明する。これにより、2つのほぼ縮退したシングレット型ヒッグス粒子（mh2 ≈ ma1 ≈ 750 GeV）が生成され、それらは大きな混合を示すベクトルレシプロカルなスキュークスに支配的に崩壊する。このメカニズムにより、グルーオン融合生成断面積が増幅され、ダイフォトン過剰をうまく説明するとともに、ヒッグスおよびダークマター制約を満たすことが可能となる。

ABSTRACT

In this work, we explain the recent observed 750 GeV diphoton resonance in the Next-to-Minimal Supersymmetric Standard Model (NMSSM) by introducing vector-like chiral superfields. 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). The decays of h2/a1 → are dominated by the vector-like squarks with large mixing, which can also enhance the production cross section of gg → h2/a1. Under the constraints from the Higgs data and dark matter detection, we scan the parameter space and find that such a model can successfully accounts for the diphoton excess.

研究の動機と目的

• 次に最小限の超対称標準模型（NMSSM）の文脈において観測された750 GeVのダイフォトン共鳴状態を説明すること。
• 特に、大統一理論の観点から、トップダウンのフレームワークにおいてベクトルレシプロカルなチャイナルスーパーフィールドを導入する理論的動機を提示すること。
• 共鳴状態が2つのほぼ縮退したシングレット型ヒッグス粒子（mh2 ≈ ma1 ≈ 750 GeV）として解釈可能かどうかを検討すること。
• 大きな混合を示すベクトルレシプロカルなスキュークスが、ダイフォトン崩壊断面積およびグルーオン融合生成断面積をどのように増幅させるかを調査すること。
• 既存のヒッグスボソンのデータおよび直接的・間接的なダークマター検出制約と整合するモデルの整合性を保証すること。

提案手法

• NMSSMにベクトルレシプロカルなチャイナルスーパーフィールドを導入し、スカラー系を拡張することで、750 GeV付近に2つのほぼ縮退したシングレット型ヒッグス粒子を生成する。
• 750 GeVの共鳴状態を、質量がそれぞれmh2 ≈ ma1 ≈ 750 GeVである2つの状態h2とa1の混合としてモデル化し、拡張されたスカラー・ポテンシャルから生じる。
• 標準模型に類似したスキュークスとベクトルレシプロカルなスキュークスとの間の大きな混合を用いて、ループ図によるヒッグス粒子の光子への崩壊断面積を増幅する。
• グルーオン融合生成断面積（gg → h2/a1）を計算し、ベクトルレシプロカルなクォークが誘導する大きな結合定数のおかげで、それが顕著に増幅されることを示す。
• LHCヒッグスデータおよびダークマターの残存密度からの制約を課した、拡張されたNMSSMのパラメータ空間におけるグローバルなパラメータスキャンを実施する。
• スカラーおよびピュアスカラーヒッグス粒子の寄与を介して、直接的および間接的なダークマター検出限界との整合性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 750 GeVのダイフォトン共鳴状態は、ベクトルレシプロカルな粒子を含むNMSSMにおいて、2つのほぼ縮退したシングレット型ヒッグス粒子として一貫して説明可能か？
• RQ2 大きな混合を示すベクトルレシプロカルなスキュークスは、750 GeV状態のダイフォトン崩壊断面積およびグルーオン融合生成率をどのように増幅させるか？
• RQ3 拡張されたスカラー系およびベクトルレシプロカルな状態は、ヒッグスボソンの信号強度およびダークマターの残存密度にどのような影響を及ぼすか？
• RQ4 LHCのヒッグス系および直接的・間接的なダークマター検出からの現在の実験的制約のもとで、このモデルは妥当なか？
• RQ5 このモデルは、同時にダイフォトン過剰を説明しつつ、観測された標準模型に類似したヒッグスボソンの性質と整合性を保てるか？

主な発見

• 750 GeVのダイフォトン共鳴状態は、質量がそれぞれ約750 GeVである2つのほぼ縮退したシングレット型ヒッグス粒子h2とa1として、うまく解釈される。
• h2/a1のベクトルレシプロカルなスキュークスへの崩壊が支配的であり、これは大きな混合のおかげで、ループ誘導過程によるダイフォトン崩壊断面積が顕著に増幅される。
• グルーオン融合生成断面積（gg → h2/a1）は、ベクトルレシプロカルなクォークを含む大きな結合定数のおかげで著しく増幅される。
• ヒッグス信号強度およびダークマターの残存密度測定からの制約を満たす、妥当なパラメータ空間が存在する。
• 特に、最軽いニュートラリノが主要なダークマター候補である場合、直接的および間接的なダークマター検出限界とも整合性を保つ。
• ベクトルレシプロカルなチャイナルスーパーフィールドの導入は、理論的に動機付けられた拡張であり、既存の実験的制約に反することなく共鳴状態を説明可能である。