[論文レビュー] Strong dynamics or axion origin of the diphoton excess

Emiliano Molinaro, Francesco Sannino+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 16, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 72

ひとこと要約

この論文は、ATLASおよびCMSが観測した750 GeVの二光子過剰現象が、電弱対称性の最小モデルにおける強い相互作用の下で実現可能な新しい擬スカラー粒子から生じる可能性を提案している。これはアキソン様状態または複合状態として実現可能であり、両者の解釈が妥当であり、それらを区別する観測可能なシグネチャーを提供している。

ABSTRACT

ATLAS and CMS observe deviations from the expected background in the diphoton invariant mass searches of new resonances around 750 GeV. We show that a simple realization in terms of a new pseudoscalar state can accommodate the observations. The model leads to further footprints that can be soon observed. The new state can be interpreted both as an axion or as a composite state stemming from minimal models of dynamical electroweak symmetry breaking. We further provide insights on how to disentangle the two scenarios.

研究の動機と目的

• ATLASおよびCMS実験で観測された750 GeVの二光子共鳴状態が、新しい擬スカラー状態から生じることを説明すること。
• この共鳴状態がアキソンか、電弱対称性の自発的破れにおける強い力学的機構から生じる複合状態として解釈可能かどうかを検討すること。
• アキソン様と複合ヒッグスのシナリオを区別するための特徴的な実験的シグネチャーを同定すること。
• 観測された二光子信号を説明し、さらに検証可能なシグネチャーを予測できる最小で整合性のあるモデルを提供すること。

提案手法

• 新しい擬スカラー状態が光子およびグルーオンとカップリングする最小限の有効場理論モデルを構築すること。
• 750 GeVで観測された共鳴状態としての新しい状態の二光子への生成および崩壊断面積を分析すること。
• 対称性およびカップリング構造を通じて、モデルがアキソン様および複合ヒッグスフレームワークの両方と整合することを評価すること。
• 両者のシナリオを区別する追加の崩壊チャネルおよびループ誘導過程を導出すること。
• モデルのカップリングを用いて、二光子共鳴状態、見えない崩壊、異常カップリングなどの観測可能なシグネチャーを予測すること。
• 既存のLHCデータおよび理論的整合性からの制約を適用し、有効なパラメータ空間を絞り込むこと。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 750 GeVの二光子過剰現象は、最小モデルにおける新しい擬スカラー状態によって一貫して説明可能か？
• RQ2 観測された共鳴状態は、より自然にアキソン様粒子として解釈されるか、それとも強い力学的機構からの複合状態として解釈されるか？
• RQ3 アキソン様と複合ヒッグスの解釈を区別するための特徴的な実験的シグネチャーは何か？
• RQ4 電弱対称性の破れおよびテルアスケールにおける新しい物理にどのような意味を持つのか？
• RQ5 新しい状態の光子、グルーオン、および他のセクターへのカップリングは、その起源をどのように制約するか？

主な発見

• 750 GeVの二光子共鳴状態は、光子およびグルーオンとカップリングする新しい擬スカラー状態によって一貫して説明可能である。
• このモデルは、アキソン様粒子または最小限の強い力学的機構からの複合状態という2つの異なる物理的解釈を許容する。
• 2つのシナリオは、見えない崩壊、異常カップリング、および追加の共鳴シグネチャーについて異なる予測をもたらす。
• このモデルは、二光子および二光子＋ジェット最終状態における観測可能なずれを予測し、共鳴状態の起源を検証可能にする。
• 特定のカップリングを持つ新しいスカラーまたは擬スカラー状態の存在は、観測された過剰現象の説明として妥当な解である。
• 精密測定によるLHCでの測定を通じて、アキソン様と複合ヒッグスの起源を区別する道筋をこのフレームワークが提供する。