[論文レビュー] Linking radiative seesaw-type mechanism of fermion masses and non-trivial quark mixing with the 750 GeV diphoton excess

Carolina Arbeláez, A. E. Cárcamo Hernández+2 more|arXiv (Cornell University)|Feb 11, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 20

ひとこと要約

本稿では、$S_4 \otimes Z_2 \otimes Z_{12}$ 対称性で拡張された予測可能な不活性2HDMを提案し、Exoticな電荷をもつフェルミオンと右巻きメイオラナニュートリノを導入する。このモデルは、Exoticフェルミオンを介した三角ループを通じて光子へと崩壊するシングレットスカラーによって750 GeVの二光子崩壊の過剰を説明する。同時に、1ループ機構を介してフェルミオンの階層的質量と混合を生成し、木図式および1ループレベルでの放射的シー・スイッチニュートリノ質量を生成する。

ABSTRACT

We propose a predictive inert 2 Higgs doublet model, where the Standard Model (SM) symmetry is extended by $S_{4}\otimes Z_{2}\otimes Z_{12}$ and the field content is enlarged by extra scalar fields, charged exotic fermions and one heavy righthanded Majorana neutrino. Our model successfully explains the $750$ GeV diphoton excess recently registered at the LHC as well as the observed SM fermion mass and mixing pattern. This excess with respect to the SM Higgs diphoton decay arises from the decay of a singlet scalar field neutral under the symmetries of the model. It decays into gluon and photon pairs via the triangular loop with the internal charged exotic fermions. The latter also generate a nontrivial quark mixing and provide one-loop-level masses for the first- and second-generation charged fermions. The masses of the light active neutrinos are generated from a combination of tree level type-I and one loop-level radiative seesaw mechanisms.

研究の動機と目的

• 大型ハドロン衝突型加速器で観測された750 GeVの二光子過剰を、標準模型の最小的かつ予測可能な拡張内で説明すること。
• 1ループ機構を用いて、標準模型フェルミオンの階層的質量と非自明な混合パターンを同時に説明すること。
• 木図式タイプIと1ループ放射的シー・スイッチ機構の組み合わせにより、軽いアクティブニュートリノ質量を生成すること。
• フェルミオン質量、混合、および二光子共鳴の起源を、同一の対称的枠組み内で統一すること。

提案手法

• スカラー自己エネルギーとフェルミオン相互作用を保護するため、$S_4 \otimes Z_2 \otimes Z_{12}$ 全体対称性で拡張された不活性2ヒッグスダブルレットモデルを導入する。
• 三角ループ図式を通じて、シングレットスカラーの二光子崩壊を媒介する、電荷をもつExoticフェルミオンの存在を仮定する。
• 同じExoticフェルミオンを用いて、第一および第二世代の電荷をもつフェルミオンの1ループ質量を生成し、観測されたクォークおよびレプトンの質量階層を再現する。
• 木図式タイプIシー・スイッチと1ループ放射的シー・スイッチの両方の寄与を可能にする、重い右巻きメイオラナニュートリノを導入する。
• シングレットスカラーがすべてのゲージおよび全般対称性に対して中性であること、したがってExoticフェルミオンを介したループ誘導結合を通じて $\gamma\gamma$ および $gg$ へと崩壊できることを保証する。
• 対称性を保つスカラー自己エネルギーとヤコビ相互作用を構成し、軽いヒッグスと750 GeV共鳴状態をもつ安定な真空を実現する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 750 GeVの二光子過剰は、標準模型の対称的拡張内において、Exotic電荷フェルミオンを含むループを通じてシングレットスカラーが光子へと崩壊することで説明可能だろうか？
• RQ2 同じExoticフェルミオンが、どのように第一および第二世代の電荷フェルミオンの1ループレベルでの質量を同時に生成するのか？
• RQ3 右巻きメイオラナニュートリノは、木図式および1ループの混合シー・スイッチ機構を通じて、軽いアクティブニュートリノ質量を生成する役割を果たすのか？
• RQ4 1つの一貫した全般対称性構造を持つ、予測可能なモデル内で、二光子共鳴、フェルミオン質量、ニュートリノ質量の説明を統一することは可能だろうか？

主な発見

• 750 GeVの二光子過剰は、電荷をもつExoticフェルミオンを介した三角ループを通じて、$\gamma\gamma$ へと崩壊するシングレットスカラーによって説明され、LHCデータと整合する崩壊断面積を持つ。
• 同じExoticフェルミオンが、第一および第二世代の電荷フェルミオンの1ループ質量を生成し、観測された階層的質量パターンを再現する。
• 軽いアクティブニュートリノ質量は、木図式タイプIシー・スイッチと1ループ放射的シー・スイッチ機構の組み合わせによって生じ、小さなニュートリノ質量の自然な説明を提供する。
• モデルは、$S_4 \otimes Z_2 \otimes Z_{12}$ 対称性を備えた予測可能な枠組みを実現し、スカラー自己エネルギーの安定性とフェルミオン非変換中性子対称性の欠如を保証する。
• スカラー系には、すべての対称性に対して中性であり、Exoticフェルミオンを介したループ図式を通じて光子およびグルーオンと結合する750 GeV共鳴状態が含まれる。
• モデルは、二光子共鳴、フェルミオン質量生成、ニュートリノ質量生成の起源を、1つの対称的枠組み内で成功裏に統一する。