[論文レビュー] LHC diphotons from electroweakly pair-produced composite pseudoscalars

James M. Cline, Zuowei Liu|arXiv (Cornell University)|Dec 21, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 64

ひとこと要約

この論文は、新しい規約的ゲージ理論における電荷を帯びた重いフェルミオンの束縛状態である複合粒子状の擬スカラーが、Drell-Yan過程を経て対生成され、二光子に崩壊することで、ATLASおよびCMSが観測した750 GeVの二光子過剰現象を説明すると提案している。このモデルは、4光子事象、同符号の双レプトン、多ジェット終状態、および質量が~N_c × 375 GeVの電荷なしダークマター候補を予測する。

ABSTRACT

Motivated by excess diphoton events reported by ATLAS and CMS, we show that composite pseudoscalars, bound states of heavy fermions under a new confining gauge theory, can be pair-produced by Drell-Yan production if the constituent particles are electrically charged. The decays of these pion-like bound states into two photons can explain the observed events near 750 GeV. The model predicts that there should be significant numbers of 4-photon events from decays of the pseudoscalar pairs, as well as same-sign dilepton pairs at a somewhat lower invariant mass, or multijet signals, coming from decays of charge-2 pseudoscalars. These states and their decays are necessary for avoiding stable charged baryon-like relics in the new confining sector. A neutral baryon-like dark matter candidate of mass $\sim N_c imes 375$ GeV is a further prediction of the model, for SU($N_c$) confining gauge group.

研究の動機と目的

• LHCのデータで観測された750 GeVの二光子共鳴状態を説明すること。
• この過剰現象の動的説明としての複合粒子状の擬スカラーの妥当性を検討すること。
• 同じ基本的な物理から生じる追加の加速器信号（例：4光子や同符号双レプトン事象）を予測すること。
• 新しい規約的セクターにおける電荷を帯びた長寿命のバリオン様残渣が存在しないようにすることで、宇宙論的安定性を確保すること。
• 規約的セクターにおけるバリオン状態から生じる電荷なしのダークマター候補の質量が~N_c × 375 GeVに比例することを予測すること。

提案手法

• 新しい規約的SU(N_c)ゲージ群下で電荷を帯びた重いフェルミオンの束縛状態として複合粒子状の擬スカラーをモデル化すること。
• LHCにおける対生成のためのDrell-Yan生成メカニズムを適用すること。
• 電荷を帯びた構成粒子を介するループレベルのダイナミクスによって、擬スカラーが二光子に崩壊する幅を計算すること。
• 特に電荷±2の電荷を帯びた擬スカラーからの同符号双レプトンおよび多ジェット終状態への崩壊チャネルを分析すること。
• 安定な電荷を帯びたバリオン状態が存在しないことを保証することで、宇宙論的制約に整合すること。
• 規約的セクターにおけるバリオン状態から生じる中性のダークマター候補の質量を~N_c × 375 GeVとして導出すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Drell-Yan過程を経て生成された複合粒子状の擬スカラーが、LHCで観測された750 GeVの二光子過剰現象を説明できるか？
• RQ2 このモデルにおいて、二光子共鳴状態に伴って予測される追加の加速器信号（例：4光子や同符号双レプトン事象）は何か？
• RQ3 電荷を帯びた擬スカラーの性質、特に双レプトンおよび多ジェットへの崩壊がモデルに与える制約は何か？
• RQ4 規約的ゲージ群のランク（N_c）が中性のダークマター候補の質量に与える影響は何か？
• RQ5 このモデルは、初期宇宙における安定で電荷を帯びたバリオン様残渣の形成をどのように回避するか？

主な発見

• Drell-Yan過程を経て生成された複合粒子状の擬スカラーは、二光子に崩壊可能であり、750 GeVの二光子過剰現象の妥当な説明を提供する。
• 擬スカラー対の崩壊から生じる4光子事象が有意に予測され、実験的検証のための特徴的なシグネチャを提供する。
• 同符号双レプトンペアは、電荷を帯びた擬スカラーからの崩壊によって、二光子ピークの低いインvariant質量で予測される。
• 電荷2の擬スカラーからの崩壊によって多ジェット終状態が予測され、追加の実験的アプローチが得られる。
• 宇宙論的制約を満たすために、電荷を帯びた擬スカラーが核合成以前に崩壊するという特徴により、安定な電荷を帯びたバリオン様残渣が自然に回避される。
• 規約的セクターにおけるバリオン状態から生じる中性のダークマター候補が、質量~N_c × 375 GeVで予測される。