[論文レビュー] On the possible new 750 GeV heavy boson resonance at the LHC

D. Palle|arXiv (Cornell University)|Dec 28, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 9

ひとこと要約

この論文は、LHCで観測された750 GeVの二光子共鳴が、トップクォーク-反クォーク束縛状態（トポニウム）とグルオニウムの量子混合に起因する同一のスカラー共鳴であり、重い状態（750 GeV）が主にグルオニウムから構成されていると提案する。このモデルは、ボルト＝サルペーター方程式の枠組みを用いて強い相互作用のダイナミクスを記述し、125 GeVのヒッグスに類似た状態を軽い同一粒子として解釈することで、標準模型（SM）の問題を解決する非SM的解法を提供する。この理論はニュートリノ質量、ダークマター、ゲージ階層問題を同時に解決する。

ABSTRACT

We argue that the possible new heavy boson resonance of 750 GeV is an ideal candidate as a twin particle of the 125 GeV scalar boson, both emerging from the large mixing of the scalar toponium and scalar gluonium. The twin pseudoscalar particles are expected to have smaller masses. The discovery of the 750 GeV resonance is possible only with a much more data than for the 125 GeV resonance since only the gluonium component is detectable above the toponium threshold. The similar type of the QCD resonances is expected in the bottomonium-gluonium system. If the LHC will discover all these heavy quarkonium-gluonium resonances, the absence of the Higgs scalar should not be considered an obstacle because the nonsingular theory with the UV cutoff fixed by the weak boson masses is superior to the Standard Model. Namely, it solves the basic problems for the SM such as: (1) the existence of light neutrinos, (2) dark matter particles to be the heavy Majorana neutrinos and (3) broken lepton and baryon numbers.

研究の動機と目的

• LHCで観測された750 GeVの二光子共鳴を、トップクォーク-反クォーク束縛状態とグルオニウムの間の強い混合に起因する新しい重いスカラー共鳴として説明すること。
• 標準模型（SM）の矛盾、特にSMヒッグスがニュートリノ質量を生成できないこと、ダークマター候補が存在しないことに対処すること。
• 125 GeVのスカラー共鳴が基本的ヒッグスではなく、より重い共鳴の同一状態であると提唱し、同じ非摂動的QCDダイナミクスから生じることを示すこと。
• 理論が弱いボソンの質量によってUVカットオフされ、新しい対称性と質量生成メカニズムによって主要なSM問題を解決するならば、基本的ヒッグスボソンの欠如は問題ではないと主張すること。

提案手法

• 2×2質量行列を用いて、トップクォーク-反クォーク（トポニウム）とグルオニウム状態間の質量混合をボルト＝サルペーター方程式の枠組みでモデル化する。
• 質量行列の固有値問題から導かれる3つの非線形代数方程式系を解き、混合角、共鳴質量、消失行列要素を決定する。
• トップ、ボトム、および軽いクォークを含む複数のクォークニウム-グルオニウム系にモデルを適用し、同一スカラーおよびピロスカラー状態を予測する。
• 750 GeV共鳴が主にグルオニウムの性質を持つと仮定し、二光子崩壊による検出可能性を保証する。一方、トポニウム成分は急速な弱い崩壊のため観測不能である。
• 弱いボソンの質量によって固定されるUVカットオフを持つ特異性のない量子場理論を導入し、SMヒッグス機構に代わるものとする。
• ダイソン＝シュヴィンガー方程式を用いて、プロパゲーター内の質量特異性を記述し、フェルミオン質量と混合角がゲージ、共形、離散的対称性から生じる枠組みを構築する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 750 GeVの二光子共鳴は、基本的ヒッグスボソンではなく、トップクォーク-反クォークとグルオニウムの束縛状態混合として説明可能だろうか？
• RQ2 トップクォークおよびボトムクォーク系における同一スカラーおよびピロスカラー状態の予測される質量と混合パラメータは何か？
• RQ3 なぜ750 GeV共鳴は検出可能であるのに対し、トポニウム成分はLHCで見えないのか？
• RQ4 基本的ヒッグスボソンが存在しない場合、電弱対称性の破れとニュートリノ質量生成はどのように整合するのか？
• RQ5 同じ理論的枠組みでダークマター、レプトン数およびバリオン数の破れ、観測されたニュートリノ質量階層を説明できるか？

主な発見

• 750 GeV共鳴は、45.9%のトポニウムと54.1%のグルオニウムの混合から生じる重い同一スカラー状態であり、質量は750.5 GeV、消失行列要素は254.9 GeVと予測される。
• 125 GeVのスカラー共鳴は、トップクォーク-グルオニウム系における軽い同一状態と特定され、モデルは混合角0.459と観測された共鳴と整合する質量を予測する。
• ピロスカラーチャンネルには96 GeVの共鳴が予測され、混合角0.384、消失行列要素160.0 GeVであり、モデルの枠組みと整合的である。
• ボトムクォーク-グルオニウム系には28.07 GeVの共鳴が予測され、混合角0.568、消失行列要素10.78 GeVであり、このような状態の広いスピンが存在することを示唆する。
• モデルは、LHCで観測可能なのはグルオニウム支配の成分のみであると予測し、トポニウム支配の重い同一状態が観測困難であることを説明する。
• 理論は、基本的ヒッグスボソンを必要とせず、軽いニュートリノ質量、重いメジャナネルトリー型ニュートリノとしてのダークマター、レプトン数およびバリオン数の破れを生成する枠組みを提供する。