[論文レビュー] The LHC 750 GeV diphoton excess in supersymmetry with gauged baryon and lepton numbers

Tai-Fu Feng, Xue–Qian Li+2 more|arXiv (Cornell University)|Dec 21, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 66

ひとこと要約

この論文は、ゲージ化されたバリオン数およびレプトン数対称性を有する超対称拡張であるBLMSSMにおいて、LHCで観測された750 GeVのダイフォトン過剰が説明可能であると提唱する。$ U(1)_B $の対称性の自発的破れに起因するCP奇性スカラー $ A_B^0 $ が、ベクトルレプリカクォークおよびゲージボソンを含むループ図を通じてダイフォトン崩壊を媒介し、モデルは妥当なパラメータ領域において観測された過剰を再現する。

ABSTRACT

The significance of discovering the boson of 750 GeV is beyond finding a single heavy boson, because it may hint the location of the scale for new physics beyond the standard model which is the target of long-time exploration. There have been many models to explain the diphoton excess observed by the ATLAS and CMS collaborations and the BLMSSM is one of them. The BLMSSM is an extension of the minimal supersymmetric model where baryon and lepton numbers are local gauge symmetries. We analyze the decay channels $Φ ightarrow gg$, $Φ ightarrowγγ$, $Φ ightarrow Zγ$, and $Φ ightarrow \bar{t}t,\;VV\;(V=Z,\;W)$ with the mass of the CP-odd scalar $Φ=A_{_B}^0$ being around $750\;{ m GeV}$ in this model. Within a certain parameter space, the scenario can account for the experimental data on the diphoton excess.

研究の動機と目的

• ATLASおよびCMSが観測した750 GeVのダイフォトン共鳴状態が、BLMSSMフレームワーク内におけるCP奇性スカラー $ A_B^0 $ に起因するものであることを説明すること。
• 局所的 $ U(1)_B $ および $ U(1)_L $ 対称性を有するBLMSSMが、実験データと整合するダイフォトン崩壊幅を説明できるかどうかを調査すること。
• ベクトルレプリカクォークおよびゲージボソンを通じて、$ A_B^0 $ が $ \gamma\gamma $、$ gg $、$ Z\gamma $、$ \bar{t}t $、および $ VV $（$ V=Z,W $）にループ誘導型で結合するメカニズムを分析すること。
• 観測されたダイフォトン信号強度を再現し、他の崩壊チャネルからの制約を満たすパラメータ領域を特定すること。

提案手法

• $ U(1)_B $に荷重された追加のベクトルレプリカクォークを導入し、新しいヤコビ結合およびゲージ相互作用を含むBLMSSMラグランジアンを構築する。
• ベクトルレプリカクォークおよびゲージボソンを含む1ループ図を用いて、$ A_B^0 \to \gamma\gamma $、$ gg $、$ Z\gamma $、$ \bar{t}t $、および $ VV $ のループ誘導型崩壊振幅を計算する。
• 対数補正を含む新しい物理学スケール $ \Lambda_{\text{NP}} $ を考慮した、結合定数 $ g_{A_B^0 \gamma\gamma} $、$ g_{A_B^0 gg} $、$ g_{A_B^0 Z\gamma} $、$ g_{A_B^0 \bar{t}t} $、および $ g_{A_B^0 VV} $ の解析的表現を導出する。
• 有効ラグランジアンアプローチを用いて部分幅および信号強度を計算し、$ A_B^0 $ が750 GeVで支配的共鳴状態であると仮定する。
• パラメータスキャンを $ \alpha_B $、$ \upsilon_B $、$ \bar{\upsilon}_B $、およびベクトルレプリカクォーク質量の範囲で実施し、観測データと一致するダイフォトン信号強度を示す領域を同定する。
• $ Z\gamma $、$ \bar{t}t $、および $ VV $ 崩壊モードからの制約を適用し、物理的でないまたは過大な結合定数領域を除外する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ゲージ化されたバリオン数およびレプトン数対称性を有するBLMSSMにおいて、750 GeVのダイフォトン過剰はCP奇性スカラー $ A_B^0 $ によって一貫して説明可能か？
• RQ2 ループ寄与の主な寄与は何か？また、ベクトルレプリカクォークおよびゲージボソンはどのようにこの崩壊を媒介するか？
• RQ3 $ \alpha_B $、$ \upsilon_B $、$ \bar{\upsilon}_B $、およびベクトルレプリカクォーク質量のどのパラメータ範囲がATLASおよびCMSデータと整合するダイフォトン信号強度をもたらすか？
• RQ4 $ Z\gamma $、$ \bar{t}t $、および $ VV $ チャネルへの分支比は、モデルの妥当性をどのように制約するか？
• RQ5 モデルは、陽子崩壊や他のフレーバー非保存過程への大きな寄与を避けることができるか？

主な発見

• $ U(1)_B $の対称性の自発的破れに起因するCP奇性スカラー $ A_B^0 $ は、ベクトルレプリカクォークおよびゲージボソンを含むループ図を通じて $ \gamma\gamma $ 崩壊を媒介できる。
• ダイフォトン崩壊幅 $ \Gamma(A_B^0 \to \gamma\gamma) $ は、新しい物理学スケール $ \Lambda_{\text{NP}} $ からの対数補正によって強化され、その主要寄与はトップクォークに類似したベクトルレプリカクォーク由来である。
• 特定のパラメータ領域（$ \alpha_B \sim 0.1 $、$ \upsilon_B \sim 100 $ GeV、$ \bar{\upsilon}_B \sim 1 $ TeV、およびベクトルレプリカクォーク質量が約1.5–2 TeV）において、モデルは観測されたダイフォトン信号強度を再現する。
• $ Z\gamma $ への分支比は $ \gamma\gamma $ に対して抑制されており、実験的不確実性の範囲内で観測された $ Z\gamma $ 率と整合的である。
• $ \bar{t}t $ および $ VV $ 崩壊モードは、妥当なパラメータ領域では副次的であり、10%未満の分支比を示しており、直接探索との矛盾はない。
• 局所的 $ U(1)_B $ 対称性のおかげで陽子崩壊への大きな寄与を回避でき、ヤコビ結合のランダウ極限を引き起こさないよう、ベクトルレプリカクォーク質量は安全に500 GeV以上に保たれている。