[논문 리뷰] Diphoton Revelation of the Utilitarian Supersymmetric Standard Model

Ernest Ma|arXiv (Cornell University)|2015. 12. 30.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 1인용 수 23

한 줄 요약

이 논문은 2002년에 제안된 초대칭 표준모형의 U(1)X 게이지 확장—초기에는 μ 문제를 해결하고 강입자/전자수를 보존하기 위해 제안된 바 있으나—750 GeV 이중 광자 붕괴에서 ATLAS가 관측한 초과 현상도 자연스럽게 설명할 수 있음을 제안한다. μ 항을 대체하고 렙토쿠아크와 결합하는 단일 스칼라 S3는 글루온 융합 생성과 고리에 의한 이중 광자 붕괴를 가능하게 하여, 강입자 수를 보존하고 어두운 물질과 풍미 비정상 현상도 예측하는 모형 내에서 일관되고 예측 가능한 초과 현상 설명을 제공한다.

ABSTRACT

In 2002, I proposed a unique $U(1)$ extension of the supersymmetric standard model which has no $μ$ term and conserves baryon number and lepton number separately and automatically. This model, ${without~any~change}$, has all the necessary and sufficient ingredients to explain the possible 750 GeV diphoton excess, observed recently by the ATLAS Collaboration at the Large Hadron Collider (LHC). It is associated with the superfield which replaces the $μ$ parameter. If confirmed and supported by subsequent data, it may even be considered as the first evidence for supersymmetry.

연구 동기 및 목표

• 기존에 2002년에 제안된 초대칭 표준모형의 U(1)X 확장 모형이 ATLAS가 관측한 750 GeV 이중 광자 초과 현상을 설명할 수 있음을 보여주는 것.
• 이 모형의 기존 입자 구성—특히 단일 스칼라 S3와 렙토쿠아크 수퍼필드—가 이중 광자 생성과 붕괴에 필요한 조건을 제공함을 보여주는 것.
• 이 모형이 자동으로 강입자 수와 전자수를 보존하고 이물질가 없는 구조를 갖추고 있다는 점에서 표준모형을 넘어서는 새로운 물리학의 매력적인 후보가 될 수 있음을 주장하는 것.
• 이중 광자 신호가 S3가 모형 내에서 μ 매개변수를 대체하므로 초대칭의 첫 번째 간접적 증거가 될 수 있음을 확립하는 것.
• 이 모형의 예측 입자와 결합을 통해 이중 광자 초과 현상이 어두운 물질과 LHC의 풍미 비정상 현상과 연결될 수 있음을 제시하는 것.

제안 방법

• 모형은 U(1)X 게이지 대칭을 도입하고 μ 항을 대체하는 단일 스칼라 수퍼필드 S3를 도입함으로써 MSSM을 확장하며, 이는 이중선형 μ 항이 필요 없게 한다.
• 수퍼패텐셜에는 S3UUc, S3DDc, S3ϕ1ϕ2와 같은 삼중항이 포함되어 있어, S3의 한 개 고리 수준에서의 글루온 융합 생성과 한 개 고리 붕괴로 이중 광자 붕괴를 가능하게 한다.
• 열한 개의 삼차항을 정확히 인수분해함으로써 이물질가를 보장하며, B와 L를 자동으로 보존하는 두 유형의 해를 도출한다.
• Z′ 게이지 보손(Z_X)은 S1, S2, S3 및 φ1, φ2의 진공 기대값을 통해 질량을 획득하며, tanβ = 1에 의해 혼합 효과가 억제되어 정밀 전자약력 측정 데이터와 일치한다.
• U(1)X 전하로부터 유도된 Z_X → tt̄ / Z_X → μ⁺μ⁻의 분해비율은 27/5이며, 다른 Z′ 모형과의 차별화를 위한 특징적인 서명이다.
• S3 스칼라는 렙토쿠아크(U, Uc, D, Dc) 및 φ1, φ2와 결합하여 γγ, ZZ, Zγ, 그리고 비가시 모드로 붕괴할 수 있으며, 이는 어두운 영역 상태로의 붕괴도 포함된다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 LHC에서 관측된 750 GeV 이중 광자 초과 현상은 추가적인 조정 없이도 기존의 초대칭 모형으로 설명될 수 있는가?
• RQ2 2002년 U(1)X 모형의 단일 스칼라 S3가 한 개 고리 수준에서의 글루온 융합 생성과 이중 광자 붕괴에 충분한 결합을 제공하는가?
• RQ3 관측된 이중 광자 신호는 S3가 모형에서 μ 매개변수를 대체하고 렙토쿠아크와 결합한다는 모형의 예측과 일치하는가?
• RQ4 S3가 어두운 물질로 붕괴하는 비가시 최종 상태로의 붕괴를 예측함으로써 이중 광자 초과 현상과 어두운 물질을 연결할 수 있는가?
• RQ5 S3가 Z_X 보손의 특정한 편미분 결합을 통해 다른 Z′ 모형과 구별될 수 있는가?

주요 결과

• 750 GeV 이중 광자 초과 현상은 2002년 U(1)X 모형의 단일 스칼라 S3로 설명될 수 있으며, 이는 μ 항을 대체하고 렙토쿠아크와의 삼중항 결합을 통해 이루어진다.
• S3 스칼라는 렙토쿠아크 수퍼필드 U, Uc, D, Dc를 포함하는 고리 도표를 통해 글루온 융합를 통해 생성되며, 힉스 보손과 동일한 메커니즘을 따른다.
• S3는 동일한 렙토쿠아크와 힉스이노 유사 결합을 포함하는 고리 도표를 통해 이중 광자 붕괴하며, 색 단일체인 양성 전하를 가진 ϕ 페르미온 기여로 붕괴 비율이 증폭된다.
• Z_X → tt̄에 대한 분해비율이 Z_X → μ⁺μ⁻에 대해 27/5로 예측되며, 이는 LHC에서 시험할 수 있는 특징적인 서명이다.
• S3 스칼라는 γγ와 유사한 비율로 ZZ 및 Zγ로 붕괴할 수 있으며, S1S2 또는 어두운 영역 상태로의 붕괴로 인해 비가시 폭이 증폭된다.
• S3를 750 GeV 이중 광자 공명으로 식별할 경우, S3가 모형 내에서 μ 매개변수를 대체하므로 초대칭이 실재함을 시사한다.