[論文レビュー] Scalar Dark Matter Explanation of Diphoton Excess at LHC

H. Han, Shaoming Wang+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 21, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 6

ひとこと要約

本論文は、トップまたはボトムに類似したフェルミオンパートナーを介してヤコビ相互作用によって媒介される、750 GeVのスカラー暗黒物質粒子を提唱し、LHCで観測された二光子過剰の原因とみなしている。モデルは、γγ、ZZ、WW、ggへのループレベルの崩壊を通じて過剰を説明しており、電荷Q = ±2の場合、フェルミオンパートナーの質量範囲は(375–410) GeVまたは(745–750) GeVである。

ABSTRACT

We consider a 750 GeV scalar dark matter as an explanation of diphoton signal excess observed at the LHC run 2 through direct Yukawa interaction with a SM top- or bottom-like fermion partner. In this setup the scalar dark matter is mainly produced by gluon fusion, and decays at the one-loop level to SM diboson channels $\gamma\gamma$, $ZZ$, $WW$ and $gg$. we show that fermion partner with mass $m_{\psi}$ in the range between $(375,410)$ GeV or $(745, 750)$ GeV for exotic electric charge $Q=\pm 2$ can account for scalar dark matter as the origin of diphoton excess.

研究の動機と目的

• LHCラン2における750 GeVの二光子共鳴を、スカラー暗黒物質に起因すると説明すること。
• ループ誘導崩壊を通じて二光子信号を再現できる妥当な暗黒物質モデルを探索すること。
• 一貫性のある結合定数と崩壊断面積をもたらす、特異フェルミオンパートナーの質量範囲を特定すること。
• モデルが標準模型（SM）の二ボソン崩壊チャンネルおよびグルーオン融合生成と整合的であること

提案手法

• 質量が約750 GeVのスカラー暗黒物質粒子を導入し、ヤコビ相互作用によって新たなフェルミオンパートナーと結合する。
• スカラー粒子のSM二ボソン最終状態（γγ、ZZ、WW、gg）への1ループ崩壊振幅を計算する。
• スカラー暗黒物質のグルーオン融合による生成断面積を計算する。これは主にスカラー暗黒物質の生成を占める。
• 観測された二光子過剰率を制約として、ヤコビ結合定数の強さを固定する。
• ゲージ不変性および電荷の整数化に基づいて、フェルミオンパートナーの許容される質量範囲を分析する。
• 異常キャンセリングおよびSMとの整合性を満たすために、特異な電荷Q = ±2を考察する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 750 GeVのスカラー暗黒物質粒子が、γγ、ZZ、WW、ggへのループ誘導崩壊を通じて二光子過剰を説明できるか？
• RQ2 崩壊を媒介し、観測された信号率を再現するフェルミオンパートナーの妥当な質量範囲は何か？
• RQ3 ヤコビ結合定数の強さは、フェルミオンパートナーの質量および電荷にどのように依存するか？
• RQ4 グルーオン融合は、このモデルにおけるスカラー暗黒物質の生成にどのように寄与するか？
• RQ5 特異な電荷Q = ±2は、モデルの整合性および物性論的性質にどのように影響を与えるか？

主な発見

• 質量が約750 GeVのスカラー暗黒物質粒子は、γγ、ZZ、WW、ggへのループレベルの崩壊を通じて二光子過剰を説明できる。
• 電荷Q = ±2の場合、質量が(375, 410) GeVのフェルミオンパートナーは、二光子信号を妥当に説明する。
• 電荷Q = ±2の場合、フェルミオンパートナーの質量範囲(745, 750) GeVも一貫性のある結果をもたらす。
• モデルは、LHCデータと整合的であるグルーオン融合による顕著な生成を予測する。
• ヤコビ結合定数の強さは、観測された二光子信号率およびフェルミオンパートナーの質量によって制約される。
• Q = ±2のフェルミオンパートナーに対して、標準模型のゲージ対称性および異常キャンセリングの下でモデルは妥当である。