[論文レビュー] The Diphoton Excess Inspired Electroweak Baryogenesis

Wei Chao|arXiv (Cornell University)|Jan 18, 2016

Biofield Effects and Biophysics被引用数 31

ひとこと要約

本稿では、LHCで観測された750 GeVの二光子過剰現象を、ループ励起によるグルーオン融合を通じて生成される、特異なスカラークォークを伴うCP奇性スカラーダイレットによって説明するモデルを提案する。同じスカラーダイレットが2段階の電弱相転移を引き起こし、泡の壁で発生するスカラークォークのCP破れ相互作用が、弱いスファラロン過程を通じて十分なバリオン数非対称性を生成する。このように、二光子過剰現象と電弱バリオン数生成を一貫して結びつけることに成功する。

ABSTRACT

A resonance in the diphoton channel with invariant mass $m_{γγ} = 750$ GeV was claimed by the ATLAS and CMS collaborations at the run-2 LHC with $\sqrt{s}=13$ TeV. In this paper, we explain this diphoton excess as a pseudo-scalar singlet, which is produced at the LHC through gluon fusion with exotic scalar quarks running in the loop. We point out the scalar singlet might trigger a two-step electroweak phase transition, which can be strongly first oder. By assuming there are CP violations associated with interactions of the scalar quarks, the model is found to be able to generate adequate baryon asymmetry of the Universe through the electroweak baryogenesis mechanism. Constraints on the model are studied.

研究の動機と目的

• ATLASおよびCMSがLHCで観測した750 GeVの二光子共鳴状態を、CP奇性スカラーダイレットとして解釈すること。
• この共鳴状態が、電弱バリオン数生成に必要な条件を満たす強力な一次相転移を誘発する2段階の電弱相転移を引き起こせるかを検討すること。
• 泡の壁で発生する特異なスカラークォークのCP破れ相互作用が、弱いスファラロン過程を通じて十分なバリオン数非対称性を生成できるかを調査すること。
• ヒッグス信号強度、電気双極子モーメント（EDM）の制約、およびコライダー探索による制約を用いてモデルを制限すること。

提案手法

• 標準模型に、複素スカラーダイレットS、特異なスカラークォーク二重項（3,2,7/6）、およびスカラーダイレット（3,1,2/3）を追加する。
• 二光子崩壊は、スカラークォークを含むループ図によって媒介され、共鳴状態はSのCP奇性成分として解釈される。
• スカラーダイレットが電弱相転移を誘発し、泡の壁が非平衡状態を提供する。
• スカラークォーク系におけるCP破れトリリニア結合（A3, A4）が電荷密度を生成し、弱いスファラロン過程をバイアスする。
• 電荷密度のボルツマン方程式を用いてバリオン数非対称性を計算し、最終的な非対称性は泡の壁前方における左巻きフェルミオン密度の積分から得られる。
• 数値解法としてリラクゼーション法を用い、ヒッグス信号強度、EDMの制約、およびコライダー探索による制約を適用する。

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、特異なスカラークォークを伴うループ励起グルーオン融合によって生成されるCP奇性スカラーダイレットによって説明可能か？
• RQ2 スカラーダイレットは、電弱バリオン数生成に必要な条件を満たす強力な一次相転移を誘発する2段階の電弱相転移を引き起こせるか？
• RQ3 泡の壁で発生するスカラークォークのCP破れ相互作用が、弱いスファラロン過程を通じて十分なバリオン数非対称性を生成できるか？
• RQ4 ヒッグス信号強度、電気双極子モーメント、および特異粒子探索による制約は、モデルにどのような制限を課えるか？

主な発見

• モデルは、二光子信号強度μγγ = 0.998として、現在のATLASおよびCMSのデータと整合する750 GeVの二光子過剰現象をうまく説明している。
• スカラーダイレットは、電弱バリオン数生成に必要な条件を満たす強力な一次相転移を誘発する2段階の電弱相転移を引き起こす。
• パラメータM~Q = 380 GeV、M~T = 450 GeV、|A3| = 120 GeV、Arg[A*3A4] = -π/3の条件下で、モデルはM~Q–M~T平面においてYB/YB^obs ≈ 1.0のバリオン数非対称性を生成する。
• フェルミオンへのパリティ破れHiggs結合が存在しないためEDMの制約を回避でき、CP位相はEDMの制約から遮蔽されている。
• トリリニア結合A3のおかげでμgg = 0.992となり、将来的なヒッグス工場（CEPC）でテスト可能である。
• 隠れたセクターへの結合のおかげで、特異クォークのコライダー探索を回避でき、長寿命の荷電粒子を生成しないため、スティールスーパーシンメトリーに類似した性質を示す。