[論文レビュー] LHC diphoton 750 GeV resonance as an indication of $SU(3)_c imes SU(3)_L imes U(1)_X$ gauge symmetry

A. E. Cárcamo Hernández, Ivan Nišandžić|arXiv (Cornell University)|Dec 22, 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の二光子共鳴が、$SU(3)_c \times SU(3)_L \times U(1)_X$ モデルにおけるスカラー三重項のCP不変成分に起因すると提案している。このモデルでは、ベクトル則フェルミオンを介したループ過程によって、光子およびグルーオンへの結合が媒介される。ベクトル則フェルミオンが約1 TeVであり、強く結合する条件下で、観測された信号強度を再現可能であり、混合が抑制されることで精密測定の制約とも整合する。

ABSTRACT

The LHC collaborations ATLAS and CMS recently reported on the excess of the events in the diphoton final states at the invariant mass of about $750~ ext{GeV}$. In this article we speculate on the possibility that the excess arises from the neutral CP-even component $ϕ$ of the scalar triplet $ Φ$ of the $SU(3)_{c} imes SU(3)_{L} imes U(1)_{X}$ $(3 ext{-}3 ext{-} 1)$ model that has a $U(1)_{X}$ charge equal to $X=-1/3$ and acquires a vacuum expectation value larger than the electroweak symmetry breaking scale. The interactions of the scalar field $ϕ$ to the photon- and gluon-pairs are mediated by the virtual vector-like fermions which appear as components of the anomaly-free chiral fermion representations of the $3 ext{ -}3 ext{-}1$ gauge group.

研究の動機と目的

• LHCにおける観測された750 GeVの二光子共鳴を、標準模型を超える新しい物理の兆候として説明すること。
• この共鳴が、$SU(3)_L \times U(1)_X$ 拡張電弱ゲージ群からの中性CP不変スカラーとして解釈可能かどうかを検討すること。
• ループ過程による相互作用を通じて、スカラーが光子およびグルーオンへと結合するメカニズムにおいて、ベクトル則フェルミオンが果たす役割を特定すること。
• ベクトル則フェルミオンと標準模型フェルミオンとの間の混合が小さくなるようにすることで、実験的制約と整合性を保つこと。

提案手法

• $SU(3)_c \times SU(3)_L \times U(1)_X$ ゲージ群に基づくモデルであり、スカラー三重項は $SU(3)_L$ に変換され、$U(1)_X$ 電荷 $X = -1/3$ を持つ。
• スカラー場 $\phi$ は、三重項のCP不変成分であり、電弱スケールよりも大きな真空期待値をとる。
• 光子およびグルーオンへの結合は、$3\text{-}3\text{-}1$ グループの異常フリーなカイラル表現に属するベクトル則フェルミオンを含むループによって媒介される。
• 生産断面積および二光子崩壊断面積は、$\sqrt{s} = 13$ TeVで計算され、ベクトル則フェルミオンの質量およびヤコビ係数に依存する。
• $Z'$ ボソンの質量およびフラバー非保存過程からの制約を用いて、ベクトル則フェルミオンの混合パラメータを制限する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 750 GeVの二光子共鳴は、標準模型の$SU(3)_L \times U(1)_X$ 拡張において中性スカラーとして説明可能か？
• RQ2 観測された割合で $\phi \to \gamma\gamma$ および $\phi \to gg$ の崩壊を媒介するには、ベクトル則フェルミオンがどのような性質を有する必要があるか？
• RQ3 このモデルは、精密電弱測定および $Z'$ ボソンの制約とどのように整合するか？
• RQ4 スカラー三重項の $U(1)_X$ 電荷 $X = -1/3$ が二光子崩壊を可能にする役割は何か？

主な発見

• 750 GeVの二光子共鳴は、$U(1)_X$ 電荷 $X = -1/3$ を持つ $3\text{-}3\text{-}1$ モデルにおけるスカラー三重項のCP不変成分 $\phi$ によって説明可能である。
• ベクトル則フェルミオンの共通質量が約1 TeVであり、ヤコビ係数が1.5～2.5の範囲にある場合、観測された信号強度が再現される。
• 精密測定の制約を満たすためには、ベクトル則フェルミオンが標準模型フェルミオンと抑制された混合を示す必要がある。
• このモデルにおける $Z'$ ゲージボソンの質量は約2.5 TeVと推定され、現在のLHCの制約と整合的である。
• 13 TeVのLHCにおける $\phi$ の全生産断面積は、選択されたパrameter領域においてATLASとCMSの測定値の統合結果と整合的である。