[論文レビュー] The Diphoton Excess from an Exceptional Supersymmetric Standard Model

Wei Chao|arXiv (Cornell University)|Jan 4, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用数 42

ひとこと要約

この論文は、ATLASおよびCMSが観測した750 GeVの二光子共鳴状態が、U(1)′ゲージ対称性の自発的対称性破れを引き起こすスカラーシンプレットとして、E6に由来する例外的超対称標準模型（ESSM）内で説明可能であると提案している。共鳴状態は、奇妙クォークおよびヒッグスに類似したスーパーマルチプレットのループを通じたグルーオン融合で生成され、二光子崩壊は1ループレベルで媒介される。観測された断面積は達成可能であるが、強い結合がなければ、共鳴状態の広い幅を説明するのは困難である。

ABSTRACT

In this paper we explain the diphoton excess in the invariant mass M $\approx$ 750 GeV , claimed by the ATLAS and CMS collaborations at the run-2 LHC, as the signal of a scalar singlet in a string inspired exceptional supersymmetric standard model (ESSM). The scalar singlet might play a rule in the spontaneous breaking of the $U(1)^\prime$ gauge symmetry of the ESSM and couples to diphoton and/or gluon pair with the help of exotic quarks and Higgs-like supermultiplets, which are contained in the fundamental representation of the $E_6$ group. The model might give rise to a large enough production cross section at the LHC but can hardly fit with the wide width of the resonance except in the strong couple regime.

研究の動機と目的

• ATLASおよびCMSが観測した750 GeVの二光子共鳴状態を、ストリング理論に由来するE6に基づく超対称モデル内のスカラーシンプレットとして説明すること。
• E6の巨大統一理論にモデルを埋め込み、自発的U(1)′対称性破れを経て、階層問題とμ問題を解決すること。
• LHCのデータと整合する断面積で共鳴状態が生成可能であり、既存の制約と両立可能であるかを検討すること。
• 特に、微調整を要しない自然な方法で共鳴状態の観測された広い幅（約45 GeV）を再現できるか、モデルの妥当性を評価すること。

提案手法

• U(1)Nゲージ対称性を持つE6に由来するESSMに基づくモデルで、右巻きニュートリノはU(1)Nに関してシングレットであり、自然なスイッチングニュートリノ質量を可能にする。
• U(1)Nゲージ対称性のアノマリーをキャンセルするために、3つの基本的27次元表現E6を導入する。
• スカラーシンプレットSは、ループ内の重い粒子を積分することで得られる有効結合を通じて、奇妙クォークおよびヒッグスに類似したスーパーマルチプレットと結合する。
• 生成断面積はグルーオン融合を通じて計算され、主に奇妙クォークおよびそのスーパーパartnerを含むループからの寄与が支配的である。
• 二光子崩壊幅は1ループレベルで計算され、奇妙クォークおよびヒッグスに類似したスーパーマルチプレットが媒介する。振幅は有効結合κ_effおよびλ_effに依存する。
• 全幅はジジェット対検索によって制約され、比r = Γ_gg / Γ_γγ < 1300の条件が満たされる。これはベンチマークパラメータ空間で成立する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 750 GeVの二光子共鳴状態は、自発的U(1)′対称性破れを伴うE6に由来するESSM内のスカラーシンプレットとして説明可能か？
• RQ2 このモデルにおいて、共鳴状態の主な生成および崩壊チャネルは何か。特にグルーオン融合および二光子最終状態について。
• RQ3 観測された約7 pbの二光子断面積は、モデルのパラメータ空間内で達成可能か？
• RQ4 観測された約45 GeVの広い幅を自然に実現できるか。それとも結合定数の微調整が必要か？
• RQ5 LHC（Run-1）におけるジジェット対および他の最終状態からの制約は、モデルの妥当性にどのように影響するか？

主な発見

• モデルは、グルーオン融合を通じて、LHC Run-2で約7.28 pbの二光子断面積を生成可能であり、観測信号と整合する。これは、有効結合κ_eff > 1.8の奇妙クォークを介した過程による。
• 二光子崩壊幅は、奇妙クォークおよびヒッグスに類似したスーパーマルチプレットのループを通じて1ループレベルで生成され、振幅は有効結合λ_effおよびκ_effに依存する。
• ジジェット対制約r = Γ_gg / Γ_γγ < 1300を満たすことができ、λ_eff ∈ [1,5]およびκ_eff = 2の範囲でrは(50, 400)の範囲にある。
• 全幅を約45 GeVに達成するには強い結合が必要であり、45 GeVの幅を得るにはλ_eff ≈ 4が必要となる。これはモデルにおいて不自然と見なされる。
• λ_effが非常に大きくなければ、共鳴状態の広い幅を自然に説明できないため、幅が広いと確認された場合、モデルは除外される可能性がある。
• 有効結合におけるスカラーモードの寄与は混合角によって抑制されるため、フェルミオンおよびスーパーパartnerの寄与が支配的であり、スカラーモードの寄与は無視できる。