[論文レビュー] On dilatons and the LHC diphoton excess

Eugenio Megías, Oriol Pujolàs+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 18, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 26被引用数 31

ひとこと要約

本稿では、曲がった余剰次元におけるソフトウォールモデルを提案し、自発的規約対称性の破れから生じる擬スグリーブ・ボソンとして自然に軽いダイラトンを実現する。ゴールダバーグ＝ヴァイズスカラーのスーパーポテンシャルを調整することでハイパースケーリングを誘導し、Kaluza-Kleinスケールを約2 TeVに低く保ちながら電弱精度テストに適合する。750 GeVのダイラトンはLHCの二光子過剰を説明可能であるが、125 GeVのダイラトンは結合定数の制約によりヒッグスの模造体として不適切であることが示された。

ABSTRACT

We study soft wall models that can embed the Standard Model and a naturally light dilaton. Exploiting the full capabilities of these models we identify the parameter space that allows to pass Electroweak Precision Tests with a moderate Kaluza-Klein scale, around $2$ TeV. We analyze the coupling of the dilaton with Standard Model (SM) fields in the bulk, and discuss two applications: i) Models with a light dilaton as the first particle beyond the SM pass quite easily all observational tests even with a dilaton lighter than the Higgs. However the possibility of a 125 GeV dilaton as a Higgs impostor is essentially disfavored; ii) We show how to extend the soft wall models to realize a 750 GeV dilaton that could explain the recently reported diphoton excess at the LHC.

研究の動機と目的

• 曲がった余次元における現実的な軽いダイラトンのモデルを構築し、自発的規約対称性の破れから自然に生じることを目的とする。
• Kaluza-Kleinスケールを約2 TeVに保ちつつ、電弱精度テスト（EWPT）と整合性を保つこと。
• Run 1で観測されたLHCの二光子共鳴過剰を750 GeVのダイラトンが説明可能かどうかを検討すること。
• SM粒子への結合を分析することで、特に125 GeVにおける軽いダイラトンがヒッグスの模造体として成立するかを評価すること。

提案手法

• ハイパースケーリングを生成するために、径方向座標に指数関数的依存性を持つスーパーポテンシャルを導入した、ボリュームスカラー（ゴールダバーグ＝ヴァイズスカラー）を有するソフトウォールモデルを用いる。
• 正しく4次元スペクトルと局在化を得るために、ゲージ場およびスカラー場にディリクレ境界条件を課す。
• トレース異常と規約対称性の破れを通じて、SMゲージボソンおよびフェルミオンへのダイラトン結合を計算し、結合は粒子の質量に比例する。
• IRブレーン上での局所的運動項を導入することで、ラディオン-ヒッグス混合を可能とし、ヒッグス質量を制御する。
• ゲージ場およびスカラー場の5次元アクションとKaluza-Kleinモード分解を包括的に解析し、擬スカラーKKモードの導出も含む。
• ハイパースケーリング領域を用いてダイラトン結合を調整し、EWPTおよび階層問題との整合性を保証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 電弱精度テストと整合的でありながら、曲がった余次元モデルにおいて軽いダイラトンが自発的規約対称性の破れから自然に出現可能か？
• RQ2 自然性を保ちつつ実験的制約と衝突しないようにするため、このようなモデルにおける最大許容Kaluza-Kleinスケールは何か？
• RQ3 750 GeVのダイラトンはLHCの二光子過剰を説明可能か？また、光子への結合を強化するためにどのような条件が必要か？
• RQ4 精度測定からの制約とSM粒子への結合パターンを考慮すると、125 GeVのダイラトンはヒッグスの模造体として成立可能か？
• RQ5 物質系における規約不変性の明示的破れが、ダイラトン結合およびモデルの妥当性に与える影響は何か？

主な発見

• ハイパースケーリング機構を用いたソフトウォール設定により、Kaluza-Kleinスケールを約2 TeVに低く保ちながら、電弱精度テストを満たすモデルが達成された。
• 125 GeVのダイラトンは、SMヒッグス結合と著しく異なる結合パターンを示すため、10%の不確実性内でもヒッグスの模造体としてほぼ排除される。
• ゲージ系における規約不変性の追加的明示的破れを導入することで、光子への結合が強化され、750 GeVのダイラトンがLHCの二光子過剰を説明可能となる。
• フェルミオンおよびゲージボソンへのダイラトン結合は、規約対称性の破れに従い、粒子の質量に比例するが、全体的な結合強度はSBCIスケールfに依存し、電弱スケールとは独立に調整可能である。
• 非カスティオナルモデルでは、IRブレーン上に局所的ヒッグスが存在することはEWPTに反するため、整合性を保つためにボリュームヒッグスが好ましい。
• Kaluza-Kleinスケールを約2 TeVに保つ限り、SBCIスケールより100倍以上軽い自然な軽いダイラトンが実現可能である。