[論文レビュー] LHC 750 GeV diphoton resonance explained as a heavy scalar in top-seesaw model

Archil Kobakhidze, Fei Wang+3 more|arXiv (Cornell University)|Dec 17, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 64

ひとこと要約

この論文は、LHCにおける750 GeVのダイフォトン共鳴状態が、トップ・シーブ・モデルにおける重いスカラー・シングレットによって説明可能であると提案している。共鳴状態はグルーオン融合によって生成され、ベクトル化されたトップ/ボトムパートナーロープのループを通じてダイフォトンに崩壊する。このモデルは追加の右巻きニュートリノを介して全幅を増幅させ、$S \to \gamma\gamma$、$S \to Z\gamma$、$S \to ZZ$ の崩壊の間の強い相関を予測し、将来のLHCランにおける検証可能なシグネチャを提供する。

ABSTRACT

In this letter, we explain the recent LHC-13 TeV diphoton resonance excess at $\sim 750$ GeV in a top-seesaw model, in which a heavy singlet scalar is produced in gluon fusion and decays into two photons through vector-like top/bottom partner loop. The total width of the resonance can be enhanced by introducing extra right-handed neutrino. We show that our model can accommodate the observed signal and is consistent with the current LHC data. Besides, our model predicts a strong correlation between $S o \gamma\gamma$, $S o Z \gamma$ and $S o ZZ$ decays. This behavior may help to test the diphoton excess in our model in future LHC experiments.

研究の動機と目的

• LHCにおける観測された750 GeVのダイフォトン共鳴状態過剰を、トップ・シーブ・モデルの文脈で説明すること。
• 現在のLHCデータとの整合性を保証することで、共鳴状態の理論的妥当性を検証すること。
• 特に右巻きニュートリノの導入を通じて、共鳴状態の全幅を増幅させるメカニズムを調査すること。
• 将来の実験的検証のための、$S \to \gamma\gamma$、$S \to Z\gamma$、$S \to ZZ$ 崩壊モード間の観測可能な相関を予測すること。

提案手法

• トップ・シーブ・フレームワークにおいて、750 GeVの共鳴状態の候補として重いシングレットスカラー場を導入する。
• $S \to \gamma\gamma$ 崩壊をループ図を通じて媒介するベクトル化されたトップおよびボトムパートナを実装する。
• LHCにおける共鳴状態の主要生成モードとしてグルーオン融合を用いる。
• スカラー共鳴状態の全崩壊幅を増幅させるために追加の右巻きニュートリノを導入する。
• 有効場理論的手法を用いて、$S \to \gamma\gamma$、$S \to Z\gamma$、$S \to ZZ$ 間のBrachings比および崩壊相関を計算する。
• 共鳴状態の生成および崩壊率に関する既存のLHCデータ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、重いスカラー・シングレットを有するトップ・シーブ・モデル内で一貫して説明可能か？
• RQ2 ベクトル化されたトップおよびボトムパートナは、共鳴状態のダイフォトン崩壊にどのように寄与するか？
• RQ3 右巻きニュートリノは、実験的制約に一致するように共鳴状態の全幅を増幅させる役割を果たすか？
• RQ4 このモデルにおいて、$S \to \gamma\gamma$、$S \to Z\gamma$、$S \to ZZ$ 崩壊モード間の観測可能な相関は存在するか？
• RQ5 予測された崩壊相関を通じて、このモデルは将来のLHCデータで検証可能か？

主な発見

• このモデルは、グルーオン融合によって生成され、ベクトル化されたトップおよびボトムパートナのループを通じて2つの光子に崩壊する重いスカラー・シングレットを介して、観測された750 GeVのダイフォトン共鳴状態過剰をうまく説明している。
• 右巻きニュートリノの導入により、共鳴状態の全幅が顕著に増幅され、実験的制限と整合するようになる。
• このモデルは、$S \to \gamma\gamma$、$S \to Z\gamma$、$S \to ZZ$ の崩壊率の間の強い相関を予測しており、将来のLHC探索における特徴的なシグネチャとなる可能性がある。
• このモデルは、共鳴状態の生成および崩壊に関する現在のLHCデータと整合しており、その現象論的枠組みとしての妥当性を支持している。
• 予測された崩壊相関は、次のLHCランでモデルの確認または否定に向けた明確な、検証可能な信号を提供する。