[論文レビュー] The 750 GeV diphoton resonance can cause the SM fermion mass and mixing pattern

A. E. Cárcamo Hernández|arXiv (Cornell University)|Dec 30, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 33

ひとこと要約

この論文は、標準模型の$Z_2 \times Z_{14}$多スカラーヒッグス拡張を提案し、$Z_{14}$に荷電されたスカラーヒッグス粒子$\chi$が仮想の$\frac{8}{3}$電荷を持つ異常クォークを介して1ループで光子対に崩壊することで、750 GeVの二光子共鳴を説明する。同じスカラーヒッグス粒子$\chi$が観測されたフェルミオン質量と混合角パターンを生成する一方、軽いニュートリノ質量は2つの重いメジャナネーターと$Z_2$奇性スカラーヒッグス粒子$\eta$を介する1ループで生じ、$Z_2$対称性により自然なダークマター候補が得られる。

ABSTRACT

I propose a $Z_2 imes Z_{14}$ multiscalar singlet extension of the Standard Model (SM) that successfully explains the $750$ GeV diphoton excess recently found at the LHC and the observed SM fermion mass and mixing pattern. The diphoton excess arises from a $Z_{14}$ charged scalar singlet $\chi$ whose one-loop decays into photon and gluon pairs are triggered by a virtual exotic quark of electric charge $\frac{8}{3}$. The $Z_{14}$ charged scalar singlet $\chi $ generates the observed charged fermion mass and quark mixing pattern. Light active neutrino masses are generated at one loop level, which involves two heavy Majorana neutrinos and the real and imaginary parts of the $Z_2$ odd neutral SM scalar singlet $\eta$, running in the loops. The observed diphoton excess sets an upper bound of about $1.8$ TeV for the $Z_{14}$ discrete symmetry breaking scale. The unbroken $Z_2$ symmetry of the model allows for natural dark matter candidates.

研究の動機と目的

• 大型ハドロン衝突型加速器で観測された750 GeVの二光子共鳴を、標準模型の最小限の拡張内で説明すること。
• 標準模型フェルミオン質量とクォーク混合角の観測パターンを同時に説明すること。
• 2つの重いメジャナネーターと$Z_2$奇性スカラーヒッグス粒子を介する1ループ機構によって、軽いアクティブニュートリノ質量を生成すること。
• 二光子共鳴データを用いて$Z_{14}$対称性の破れスケールを制約し、モデルの妥当性を保証すること。
• 破れなければない$Z_2$対称性を保ち、自然なダークマター候補を確保すること。

提案手法

• 仮想の$\frac{8}{3}$電荷を持つ異常クォークを介して、$\chi \to \gamma\gamma$および$\chi \to gg$遷移を1ループで媒介する$Z_{14}$に荷電されたスカラーヒッグス粒子$\chi$を導入し、二光子共鳴を生成する。
• $\chi$の真空期待値を用いて、ヤコビ付きのカップリングを通じて、電荷を帯びたフェルミオン質量とクォーク混合角パターンを生成する。
• 2つの重いメジャナネーターと$Z_2$奇性スカラーヒッグス粒子$\eta$の実部および虚部を含む1ループダイアグラムを構築し、軽いアクティブニュートリノ質量を生成する。
• 安定で弱い力で相互作用するダークマター候補を可能にするために、$Z_2$対称性が破れないように保つ。
• 二光子共鳴データを適用し、$Z_{14}$対称性の破れスケールを約1.8 TeVに制限する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 $Z_2 \times Z_{14}$多スカラーヒッグス模型は、750 GeVの二光子共鳴と標準模型フェルミオン質量および混合角パターンを同時に説明できるか？
• RQ2 $Z_{14}$に荷電されたスカラーヒッグス粒子$\chi$は、ヤコビ付きカップリングを通じてフェルミオン質量とクォーク混合角をどのように生成するか？
• RQ3 このモデルにおける軽いアクティブニュートリノ質量はどのように生じるのか？また、関与するループ構造は何か？
• RQ4 観測された二光子過剰は、$Z_{14}$離散対称性の破れスケールにどのような上限を課えるか？
• RQ5 モデル内の破れなければない$Z_2$対称性は、自然なダークマター候補を提供するか？

主な発見

• $Z_{14}$に荷電されたスカラーヒッグス粒子$\chi$が、仮想の$\frac{8}{3}$電荷を持つ異常クォークを介して1ループで光子対およびグルーオン対に崩壊することで、750 GeVの二光子共鳴が生成される。
• 同じスカラーヒッグス粒子$\chi$が、その真空期待値とヤコビ付きカップリングを通じて、観測された電荷を帯びたフェルミオン質量とクォーク混合角パターンを生成する。
• 軽いアクティブニュートリノ質量は、2つの重いメジャナネーターと$Z_2$奇性スカラーヒッグス粒子$\eta$の実部および虚部を含む1ループダイアグラムによって生成される。
• 二光子共鳴データにより、$Z_{14}$対称性の破れスケールは最大で約1.8 TeVに制限される。
• モデル内の破れなければない$Z_2$対称性により、弱い力で相互作用するダークマター候補が自然に得られ、$Z_2$奇性スカラーヒッグス粒子$\eta$が実現可能なダークマター粒子である。