[論文レビュー] The Observed Diphoton Excess in F-theory Inspired Heterotic String-Derived Model

Johar M. Ashfaque|arXiv (Cornell University)|Jul 11, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 86被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、F理論にインspiredされたE6 GUTフレームワーク内でのヘテロティック弦理論由来のモデルを提案し、重いベクトルリッチクォークおよびレプトンを介したループ誘導生成と崩壊を通じて、LHCで観測された二光子崩壊の過剰を説明する。モデルは、標準模型（SM）の物質をE6の27-表現に含む反転SO(10) GUTを実現し、750 GeVのシングレット状態を二光子共鳴状態として同定する。これは、異常キャンセリングとゲージ結合定数の統一と整合的である。

ABSTRACT

The production and the subsequent decay of the SM singlet via heavy vector--like colour triplets and electroweak doublets in one--loop diagrams can shed light on the recent observation of diphoton excess at the LHC. In this paper, the $E_6$ GUT is considered in the F-theory setting where the $E_6$ is broken by making use of the spectral cover construction and by turning on the hypercharge gauge flux. This paper is based on the results presented in \cite{Athanasopoulos:2014bba, Faraggi:2016xnm, Ashfaque:2016jha} which will be reviewed briefly. Here, by following the F-theory approach, akin to \cite{Karozas:2016hcp, Leontaris:2016wsy, Das:2016xuc}, we present a study of the flipped $SO(10)$ model embedded completely in the $E_{6}$ GUT but with a different accommodation of the SM representations in the ${\bf{27}}$ of $E_{6}$.

研究の動機と目的

• 750 GeV前後で観測されたLHCの二光子共鳴状態を一貫性のある弦理論的枠組み内で説明すること。
• アーベルフラックスを用いたF理論コンパクト化を用いて、E6に埋め込まれた反転SO(10) GUTモデルを構築すること。
• E6 27-表現内のSM表現を再編成し、ベクトルリッチフェルミオンと結合可能な有効なシングレット状態を可能にする。
• 低エネルギー有効理論において、異常キャンセリングとゲージ結合定数の統一との整合性を保証すること。
• ループ誘導生成およびシングレットスカラーの二光子崩壊を通じた、物性論的に妥当な二光子過剰のメカニズムを提供すること。

提案手法

• モデルは自由フェルミオンヘテロティック弦構成から導出され、E6ゲージ対称性を持つ低エネルギー有効理論が得られる。
• F理論におけるハイパーチャージフラックスとスペクトルカバー構成を用いてE6 GUT対称性を破り、SO(10)×U(1)ζに至り、さらに標準模型（SM）ゲージ群に至る。
• SMフェルミオンおよびヒッグスは、以前のモデルとは異なった割り当てを持つE6 27-表現に埋め込まれ、新たなシングレット状態を可能にする。
• シングレット状態Sは750 GeV共鳴状態として特定され、すべてのSMゲージ群に対してシングレットとして変換する。
• 超ポテンシャルにはλijkDSiDjD̄kおよびλijkHSiHjH̄kのような項が含まれ、Sのループレベルでの生成および二光子崩壊を可能にする。
• 異常キャンセリングは、ベクトルリッチクォークおよびレプトンをスペクトルに保持することで実現され、低エネルギーデータと整合的である。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 750 GeVで観測された二光子過剰は、F理論由来のE6 GUTモデルにおいて、重いベクトルリッチクォークおよびレプトンを介した1ループダイアグラムを通じて、シングレットスカラーが崩壊することで説明可能か？
• RQ2 アーベルフラックスを用いたF理論コンパクト化を用いて、反転SO(10) GUTをE6に一貫して埋め込む方法は何か？
• RQ3 スペクトルカバー構成およびハイパーチャージフラックスは、E6をSO(10)×U(1)ζおよびさらにSMゲージ群に至らせる過程で果たす役割は何か？
• RQ4 E6 27-表現内のSM表現の再割り当ては、シングレット状態の物性論的性質およびその結合定数にどのように影響を与えるか？
• RQ5 ベクトルリッチ状態が存在する条件下でも、ゲージ結合定数の統一および異常キャンセリングと整合的か？

主な発見

• 750 GeVの二光子共鳴状態は、スペクトルカバー構成におけるθ32=θ31シングレットに対応するシングレット状態Sとして特定された。
• シングレットSは、超ポテンシャル項λijkDSiDjD̄kおよびλijkHSiHjH̄kを通じて、ベクトルリッチクォーク（D, D̄）およびレプトン（H, H̄）と結合する。
• Sのループ誘導生成および二光子への崩壊は、重いベクトルリッチクォークおよびレプトンによって媒介され、観測された二光子信号と整合的である。
• 異常キャンセリングは、U(1)Z′荷重Qζ=±1を持つベクトルリッチ状態を保持することで達成され、低エネルギーゲージ結合定数データと整合的である。
• モデルはゲージ結合定数の統一および異常自由性を維持しており、U(1)ζ対称性はベクトルリッチ状態のスペクトルにより異常自由である。
• SMフェルミオンおよびヒッグスは、以前のモデルとは異なった埋め込み方でE6 27-表現に収容され、実験的制約と矛盾しない有効なシングレット状態を可能にする。