[論文レビュー] Radiative neutrino models in light of diphoton signals

Oleg Antipin, Petar Čuljak+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 16, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 56被引用数 6

ひとこと要約

本稿は、LHCで示唆された750 GeVの二光子共鳴と整合するかを評価するため、1ループおよび3ループの放射核ニュートリノ質量モデルを調査する。両モデルとも、それぞれの新しい物理（BSM）系に重いスカラー場を含み、二光子崩壊を媒介することで共鳴を説明可能であり、LHCでテスト可能な明確な予測を持つ。一方で、四次結合定数のランゲル・グローバル解析により、ランゲル・ポールおよび真空安定性の制約も同時に満たしている。

ABSTRACT

Viable explanations of a hinted 750 GeV scalar resonance may be sought within the extensions of the SM Higgs sector aimed at generating neutrino masses at the loop level. We confront a compatibility with the 750 GeV diphoton excess for two recent models which do not need to impose ad hoc symmetry to forbid the tree-level masses: a one-loop mass model providing the H(750) candidate within its real triplet scalar representation and a three-loop mass model providing it within its two Higgs doublets. Besides accounting for the 750 GeV resonance, we demonstrate that these complementary neutrino-mass scenarios have different testable predictions for the LHC which should show up soon as more data is accumulated during the ongoing 13 TeV run.

研究の動機と目的

• LHCデータにおける750 GeVの二光子共鳴を同時に説明できる、実用的な放射核ニュートリノ質量モデルが存在するかを評価すること。
• 木レヴェル質量を禁じるための恣意的な対称性を必要としない、1ループおよび3ループのニュートリノ質量メカニズムが二光子信号と整合するかを検討すること。
• それぞれのモデルに内在するBSMスカラーおよびフェルミオンの内容に起因する、識別可能なLHCの特徴を特定すること。
• スカラー潜在エネルギーや四次結合定数の進行を分析し、とりわけ、二光子信号を再現するパラメータ領域におけるランゲル・ポールのリスクを評価すること。

提案手法

• 実SU(2)LトリプレットスカラーΔとベクトル型レプトンを用いた1ループニュートリノ質量モデルを構築し、Δの電荷なし成分が750 GeV共鳴状態の候補として機能する。
• 2ヒッグスダブルレットフレームワーク（2HDM）内での3ループニュートリノ質量モデルを構築し、750 GeVスカラーが、特異なスカラー場から生じる重いCP不変中性状態として現れる。
• 両モデルのゲージ不変スカラー潜在エネルギーやヤコビ相互作用を導出し、二光子崩壊を媒介する三重項および四次結合定数を含む。
• 四次結合定数τ1,2およびσ1,2のランゲル・グローバル解析（RGE）を実施し、ランゲル・ポールの挙動を評価するためのベータ関数を計算する。
• RGEの進行を用いて、二光子信号を再現するために必要な「混合」四次結合定数の大きな初期値が、プランクスケール未満でランゲル・ポールを引き起こすかどうかを特定する。
• 両モデルのパラメータ空間を比較し、二光子信号が再現されるとともに、真空安定性を保ち、早期のランゲル・ポールを回避する領域を同定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 実SU(2)Lトリプレットスカラーを用いた1ループニュートリノ質量モデルが、恣意的なZ2対称性を課さずに750 GeVの二光子共鳴を説明可能か？
• RQ2 特異なスカラー場を含む2HDMフレームワークに基づく3ループニュートリノ質量モデルが、二光子過剰に妥当な説明を提供できるか。また、1ループモデルと比較してLHCの素粒子物理学的特徴はどのように異なるか？
• RQ3 750 GeVの二光子共鳴を再現するために必要な両モデルにおける四次結合定数の制約は何か。これらの値は、観測可能なエネルギースケールでランゲル・ポールを引き起こすか？
• RQ4 各モデルにおける「混合」四次結合定数のランゲル・グローバル進行パターンが、スカラー潜在エネルギーや共鳴説明の妥当性に与える影響は何か？
• RQ5 3ループモデルに含まれる追加の特異スカラーが、四次結合定数におけるランゲル・ポール問題を自然に緩和できるか？

主な発見

• 実トリプレットスカラーΔを用いた1ループモデルは、Δの電荷なし成分がループ誘導による二光子崩壊によって750 GeVの二光子共鳴を再現可能である。
• 3ループモデルは、特異スカラー場を含む2HDMフレームワーク内で、重いCP不変中性スカラーとして750 GeVの共鳴を実現し、共鳴は電荷を持つBSM粒子を含むループ図によって媒介される。
• 両モデルにおいて、二光子信号を再現するパラメータ領域は、「混合」四次結合定数τ1,2およびσ1,2の大きな初期値を必要とし、これらはランゲル・グローバル進行によって制約を受ける。
• 1ループモデルでは、「混合」四次結合定数のベータ関数βxおよびβyが、x < 7.9およびy < 4.1の範囲で絶対値が小さくなる方向に進むが、依然として大きな初期値では約10^6 GeVでランゲル・ポールが発生する。
• 3ループモデルでは、四次結合定数の構造に起因し、負のベータ関数寄与の好ましいキャンセルが発生し、ランゲル・ポールの発生が遅れ、二光子信号を説明するパラメータ領域におけるUV安定性が向上する。
• 異なるBSM粒子内容に起因し、両モデルはLHCで識別可能な明確な特徴を予測しており、今後13 TeVでのデータ蓄積が進む中で、それらを区別可能となる。