[論文レビュー] Minimal Left-Right Symmetry Confronted with the 750 GeV Di-photon Excess at LHC

Arnab Dasgupta, Manimala Mitra+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 30, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 32

ひとこと要約

この論文は、LHCで観測された750 GeVの二光子過剰現象が、最小左対称モデル（MLRSM）内で説明可能かどうかを調査する。最小MLRSMでは、生成および崩壊率が不十分なため、観測された10 fbの二光子断面積を説明できない。しかし、普遍的シー・サウス機構を介してベクトル励起フェルミオンをモデルに追加することで、断面積を増幅可能であるが、依然として観測された約50 GeVの大きな崩壊幅を同時に再現できない。

ABSTRACT

The recent results of 13 TeV ATLAS and CMS di-photon searches show an excess at di-photon invariant mass of 750 GeV. We look for possible explanation of this within minimal left right symmetric model (MLRSM). The possible candidate is a neutral Higgs of mass 750 GeV that can decay to di-photon via charged Higgs and right handed gauge boson loop. However, the cross-section is not consistent with the ATLAS and CMS results. We then discuss one possible variation of this model with universal seesaw for fermion masses that can explain this excess.

研究の動機と目的

• ATLASおよびCMSが観測した750 GeVの二光子共鳴状態が、最小左対称モデル（MLRSM）内で説明可能かどうかを検証すること。
• 右対称トリプレットからの中性ヒッグスボソンが750 GeV共鳴状態の候補となるかどうかを評価すること。
• MLRSMが観測された二光子断面積（約10 fb）と崩壊幅（約50 GeV）の両方を同時に再現可能かどうかを検討すること。
• ベクトル励起フェルミオンと普遍的シー・サウス機構を用いた拡張されたMLRSMの信号増幅を調査すること。
• このような拡張が、混合および結合に関する実験的制約と整合するかどうかを特定すること。

提案手法

• 右対称スケール $v_R$ を固定し、次元なしの結合定数 $\alpha_1, \alpha_2$ を変化させたMLRSMスカラー潜在エネルギーのパラメータースキャンを実施。
• 電荷ヒッグスおよび $W_R$ ボソンを含むループ誘発過程を通じて、生成断面積 $\sigma(pp \to H^0_2 \to \gamma\gamma)$ を計算。
• LHCデータからの中性および電荷付きスカラー質量の実験的制約を適用し、妥当なパラメータ空間を制限。
• 750 GeVスカラーの生成および崩壊幅を増幅するために、MLRSMにベクトル励起クォークおよびレプトンを導入。
• 普遍的シー・サウス機構を用いて、重いベクトル励起フェルミオンとの混合を通じて標準模型フェルミオンの質量を生成。
• フェルミオンの混合角および質量が二光子崩壊幅および全断面積に与える影響を評価。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 最小左対称モデル（MLRSM）は、$\Delta_R$ トリプレットからの中性ヒッグスが750 GeVの過剰現象を説明可能か？
• RQ2 MLRSMにおける $H^0_2$-$H^0_0$ 混合およびスカラー結合に、二光子断面積に影響を与える制約はあるか？
• RQ3 MLRSMにベクトル励起フェルミオンを含めることで、観測された約10 fbの信号に一致する二光子断面積を増幅可能か？
• RQ4 拡張されたMLRSMで、観測された二光子断面積と大きな崩壊幅（約50 GeV）を同時に再現可能か？
• RQ5 電弱精度測定およびフェルミオン質量生成の制約が、拡張モデルの妥当性に与える影響は何か？

主な発見

• 最小MLRSMでは、予測された二光子断面積が1 fb未満に留まるため、750 GeVの二光子過剰現象を説明できない。観測された10 fbとは著しく異なる。
• 断面積は、次元なしパラメータ $\alpha = \alpha_1 = \alpha_2$ が非常に大きな値をとる場合に最大で約1 fbに達するが、$H^0_0$-$H^0_2$ 混合によって $\alpha \leq 0.3M_{H^0_2}/k_1$ に制限される。
• スカラー質量の実験的下限を適用しても、混合制約を適用した後、全断面積は1 fb未満に留まる。
• 許容可能なパラメータ空間内で、中性スカラー $H^0_2$ は約50 GeVの崩壊幅を達成可能であり、LHC観測と整合する。
• 普遍的シー・サウス機構を介したベクトル励起フェルミオンの導入により、二光子断面積が増幅されるが、依然として観測された全信号幅を再現できない。
• 10 fbの断面積と約50 GeVの幅の両方が今後確認された場合、現在のモデル枠組みを超えるさらなる拡張が必要となる。