[論文レビュー] SU(2) x SU(2) x U(1) Interpretation on the 750 GeV Diphoton Excess

Jing Ren, Jiang-Hao Yu|arXiv (Cornell University)|Feb 24, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 11

ひとこと要約

この論文は、LHCにおける750 GeVの二光子過剰現象を、右側のSU(2)群における三重項または二重項スカラーの電荷なし成分として生じる750 GeVのスカラー励起状態を伴うSU(2)×SU(2)×U(1)（G221）モデルによって説明する可能性を提案している。二光子衰え幅は、軽いW′ボソンによるループ効果が支配的であり、グルーオン融合生成は、SO(10) GUT完成形におけるUV臨界の軽い色を持つスカラーまたはベクトルリックフェルミオンによって可能となる。W′と二重電荷を帯びたスカラーの干渉は破壊的である。

ABSTRACT

We propose that the SU(2) x SU(2) x U(1) (aka G221) models could provide us a 750 GeV scalar resonance that may account for the diphoton excess observed at the LHC while satisfying present collider constraints. The neutral component of the $SU(2)_R$ scalar multiplet can be identified as the 750 GeV scalar. In the lepto-phobic and fermio-phobic G221 models the new charged gauge boson W' could be light, and we find that the diphoton decay width could be dominated by the loop contribution from the $W'$. To initiate gluon fusion production, it is necessary to extend the G221 symmetry to the Pati-Salam and SO(10) symmetry. We investigate the possibilities that the light colored scalars or vectorlike fermions survive in the SO(10) theory and provide large gluon fusion rate for the diphoton signature. It is possible to test the G221 interpretation by direct searches of W' using the multi-gauge boson production channel at the Run 2 LHC.

研究の動機と目的

• SMゲージ群の最小限の拡張であるSU(2)×SU(2)×U(1)（G221）モデルを用いて、LHCで観測された750 GeVの二光子過剰現象を説明すること。
• 750 GeVのスカラー励起状態を、SU(2)R系におけるスカラー多重項の電荷なし成分として特定すること。
• 軽いW′ボソンと二重電荷を帯びたスカラーのループ効果が、大きな二光子幅を生成する仕組みを調査すること。
• G221をPati-SalamおよびSO(10) GUTモデルに拡張することで、グルーオン融合生成を可能とし、軽い色を持つスカラーまたはベクトルリックフェルミオンを導入すること。
• Run 2 LHCにおける多ゲージボソン生成におけるW′の直接探索によって、モデルをテストすること。

提案手法

• SU(2)L×SU(2)R×U(1)B-L → SU(2)L×U(1)Y → U(1)em の対称性の自発的破れの下でG221モデルを分析し、スカラー三重項Δ∼(1,3,1)または二重項Δ∼(1,2,1/2)がヒッグス機構を提供する。
• 二光子崩壊幅は、W′ボソンと電荷を帯びたスカラーを含むループ図を用いて計算され、標準的なループ関数A1(τ)、A1/2(τ)、A0(τ)が用いられ、τ = 4m²/mS²である。
• グルーオン融合生成は、SO(10) GUTフレームワーク内での新規色を持つ粒子（軽い色を持つスカラー：三重項または八重項、または16+10表現のベクトルリックフェルミオン）のループによって媒介される。
• モデルは、とりわけW′および異常な電荷を帯びたスカラーのコライダー探索によって制約を受けており、二光子信号強度を満たすために軽いW′が必要となる。
• W′とδ++の貢献の干渉が破壊的であることを評価し、二光子振幅におけるW′の支配的寄与を特定する。
• 多ゲージボソン生成に伴うマルチレプトン最終状態を含む、現象論的シグネチャを導出する。これはW′検出の決定的証拠となる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 軽いW′ボソンと電荷なしスカラー励起状態を伴うSU(2)×SU(2)×U(1)モデルの枠組み内で、750 GeVの二光子過剰現象を説明できるか？
• RQ2 W′と二重電荷を帯びたスカラーは、二光子崩壊幅を生成する上で果たす役割は何か？ それらの貢献はどのように干渉するか？
• RQ3 G221モデルに色を持つ粒子が存在しない場合、750 GeVスカラーのグルーオン融合生成はどのように達成できるか？
• RQ4 SO(10) GUTにおいて、グルーオン融合率を十分に高めるために必要な軽い色を持つスカラーまたはベクトルリックフェルミオンの種類は何か？
• RQ5 G221解釈は、多ゲージボソン生成チャネルにおけるLHCでのW′の直接探索によってテスト可能か？

主な発見

• 750 GeVスカラーの二光子崩壊幅は、特にW′ボソンが約500 GeV未満の場合、軽いW′ボソンによるループ貢献が支配的である。
• W′とδ++の貢献の破壊的干渉により、二光子幅が減少するが、δ++質量がmS/2に近い場合を除き、W′が主導的寄与を示す。
• 特に色八重項の軽い色を持つスカラーは、観測された信号強度に一致する十分なグルーオン融合生成率を提供できるが、色三重項はレプトクォーク探索によって除外される可能性がある。
• 16+10表現のベクトルリックフェルミオンも必要なグルーオン融合率を生成できるが、現在のLHC制限よりもきびしい制約を受ける。
• 軽いW′は、レプトフェルミオン非作用的およびフェルミオン非作用的G221モデルの主要予測であり、マルチレプトン最終状態を伴う多ゲージボソン生成は、Run 2 LHCにおける直接テストの決定的シグネチャである。
• W′および/または異常な電荷を帯びたスカラーが軽い場合、現在のコライダー制限下でもモデルは妥当であり、SO(10) GUTによるUV完成形は、グルーオン融合を媒介する軽い色を持つ状態の存在を許容する。