[논문 리뷰] Implications of perturbative unitarity for the $\gamma \gamma$ resonance at 750 GeV

Luca Di Luzio, Jernej F. Kamenik외 1명|arXiv (Cornell University)|2016. 04. 19.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 55인용 수 12

한 줄 요약

이 논문은 LHC에서 관측된 750 GeV 이광자 공명을 설명하는 새로운 물리 모델의 타당성을 섭동 단위성 조건을 통해 조사한다. 효과적인 장 이론 기술이 수 테르아테르바르의 스케일에서 큰 단면적 때문에 붕괴됨을 보이며, 재규격화 가능한 UV 완성 모델에 대한 섭동성 조건을 유도하여, 유일하게 단위성을 위반하지 않으면서 데이터를 수용할 수 있는 것은 특정 양자수를 가진 약한 결합 모델 뿐임을 결론 내린다.

ABSTRACT

We study the constraints implied by partial wave unitarity on new physics models explaining the LHC di-photon excess at 750 GeV. We argue that the effective description in terms of the SM supplemented by a single scalar resonance breaks down at scales of few tens of TeV, where perturbative unitarity is violated due to the large cross-section required in order to fit the $\gamma\gamma$ signal. Likewise, we use unitarity arguments in order to set perturbativity bounds on renormalizable UV completions of the EFT description. We finally discuss under which conditions the data can be accommodated within weakly-coupled models.

연구 동기 및 목표

• 750 GeV 이광자 공명의 효과적인 장 이론 기술이 섭동 단위성과 일치하는지 평가하기.
• 단위성 위반으로 인해 효과적인 기술이 붕괴되는 에너지 스케일을 특정하기.
• 효과적인 이론의 재규격화 가능한 UV 완성 모델에 대한 섭동성 조건을 도출하기.
• 어떤 조건에서 공명 데이터가 약한 결합 모델로 일관되게 설명될 수 있는지 규명하기.

제안 방법

• 750 GeV 공명이 매개하는 이광자 산란 진폭에 부분파 단위성 조건를 적용하기.
• 공명 신호를 적합하기 위해 필요한 큰 이광자 단면적을 사용하여 단위성이 위반되는 스케일을 추정하기.
• 단위성 위반 스케일까지 섭동성이 유지되도록 요구함으로써 재규격화 가능한 UV 완성 모델의 결합 상수에 대한 제약 조건을 유도하기.
• UV 완성 모델 내의 새로운 상태의 양자수와 표현 구조를 분석하여 단위성과 섭동성과의 호환성을 확보하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 효과적인 장 이론 기술이 단위성 위반으로 인해 붕괴되는 에너지 스케일은 어느 정도인가?
• RQ2 효과적인 이론의 재규격화 가능한 UV 완성 모델에 대한 결합 상수에 대한 섭동성 조건은 무엇인가?
• RQ3 어떤 양자수와 표현 구조가 단위성을 유지하는 약한 결합 UV 완성 모델을 가능하게 하는가?
• RQ4 관측된 이광자 공명은 단위성을 위반하지 않으면서 약한 결합 모델로 일관되게 설명될 수 있는가?

주요 결과

• 큰 이광자 단면적에 기인한 섭동 단위성 위반으로 인해 효과적인 장 이론 기술이 수 테르아테르바르의 스케일에서 붕괴됨을 보였다.
• 효과적인 이론의 경우 단위성 위반 스케일은 약 20–30 TeV로 추정되며, 이 스케일을 초과하면 강한 결합 영역에 진입함을 시사한다.
• 재규격화 가능한 UV 완성 모델은 단위성 스케일까지 결합 상수가 섭동성을 유지해야 하므로, 모델 매개변수에 비틀림 없는 제약 조건을 가짐을 유도한다.
• 특정 양자수—예를 들어 벡터-유사 또는 대칭 표현—를 가진 약한 결합 모델만이 일관되게 공명 데이터를 수용할 수 있음.