[논문 리뷰] Indications for extra scalars at LHC? -- BSM physics at future $e^+e^-$ colliders

François Richard|arXiv (Cornell University)|2020. 01. 14.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 29인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 표준모형을 초월한 추가 스칼라 진동자의 증거를 위해 LHC 데이터를 검토하며, 허위-나무-골드스톤 보손을 포함한 복합 힉스 프레임워크를 제안한다. 약 700 GeV에서 ZZ → 4 렙톤에서의 잠재적 신호와 약 400 GeV 근처의 CP-홀드 스칼라를 강조하며, 향후 $e^+e^-$ 충돌기들이 이러한 이면을 검증하는 데 필수적이라고 제안한다.

ABSTRACT

This paper intends to collect available data on searches for scalar resonances at LHC. It is suggested that, in the absence of SUSY, the most compelling picture is the composite framework, with the idea that the lightest particles are composite scalars of the pseudo-Nambu-Goldstone type, emerging from a broken symmetry at a higher scale, the h(125) boson being one of them. Searches in two-photons, Z-photon, ZZ into 4 leptons, top, h and W pairs are reviewed. A recent search based on lepton tagging from a spectator W/Z is also discussed. Aside from the already well-known scalar observed by CMS and LEP2 at 96 GeV, I discuss the evidence and the interpretation for a possible resonance observed in ZZ around 700 GeV by CMS and ATLAS and some evidence for a CP-odd scalar at ~400 GeV. Future searches at HL-LHC and at $e^+e^-$ colliders are briefly sketched.

연구 동기 및 목표

• LHC 데이터에서 이중보손 및 토프 쿼크 붕괴 채널에서 새로운 스칼라 진동자의 실험적 증거를 평가하기 위해.
• 허위-나무-골드스톤 보손을 근간으로 하는 복합 힉스 시나리오가 새로운 스칼라의 기반이 되는지 평가하기 위해.
• 약 700 GeV에서 ZZ → 4 렙톤에서의 잠재적 공진 신호와 약 400 GeV 근처의 CP-홀드 스칼라를 식별하고 해석하기 위해.
• 이러한 이면을 탐색하기 위한 향후 $e^+e^-$ 충돌기의 물리적 잠재력 개선을 위한 것이다.
• 초과대칭이 없는 상황에서의 누락된 신호를 해석하기 위한 현상학적 프레임워크 제공을 위해.

제안 방법

• 두 광자, Zγ, ZZ → 4 렙톤, 토프 쿼크 쌍, W 쌍에서의 LHC 탐색을 체계적으로 검토하기 위해.
• 감지기 외부의 W/Z에서의 최근 렙톤 태깅 분석을 통합하여 새로운 공진자의 감도를 향상시키기 위해.
• 효과적 장 이론 기법을 사용하여 복합 스칼라 역학과 자발적 대칭 깨짐을 모델링하기 위해.
• 400–700 GeV 범위에서 잠재적 공진 피크를 식별하기 위해 관측된 진동수 분포를 사용하기 위해.
• 관측된 신호를 표준모형 기대치와 비교하여 유의미성과 일관성을 평가하기 위해.
• LHC 이면을 바탕으로 향후 $e^+e^-$ 충돌기에서의 발견 잠재력 예측을 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 125 GeV 힉스 보손을 초월한 LHC 데이터에서 새로운 스칼라 진동자의 증거는 무엇이 있는가?
• RQ2 약 700 GeV에서 ZZ → 4 렙톤에서 관측된 이상 현상은 새로운 스칼라 진동자로 해석될 수 있는가?
• RQ3 복합 힉스 프레임워크 내에서 약 400 GeV 근처의 잠재적 CP-홀드 스칼라 진동자의 타당한 설명은 있는가?
• RQ4 이러한 이면은 강한 동역학과 허위-나무-골드스톤 보손 이론을 제약하거나 지지하는가?
• RQ5 향후 $e^+e^-$ 충돌기에서 이러한 제안된 공진 신호를 탐지할 수 있는 예상 발견 범위는 무엇인가?

주요 결과

• CMS와 ATLAS 데이터 양측에서 ZZ → 4 렙톤 최종 상태에서 약 700 GeV에서 공진 신호가 관측되었으며, 통합 유의미성은 새로운 스칼라의 가능성을 시사한다.
• 약 400 GeV 근처의 CP-홀드 스칼라 공진 신호에 대한 증거가 보고되었지만, 700 GeV 신호보다 유의미성이 낮다.
• CMS와 LEP2에서 관측된 96 GeV 공진 신호는 복합 프레임워크 내에서 알려진 허위-나무-골드스톤 보손과 일치한다.
• LHC에서 초과대칭 신호의 부재는 경량 복합 스칼라를 포함한 복합 힉스 모형의 타당성을 강화시킨다.
• 향후 $e^+e^-$ 충돌기는 700 GeV 및 400 GeV 공진 가설을 고정밀 측정을 통해 검증하는 데 필수적이다.
• 감지기 외부의 W/Z에서의 렙톤 태깅 기술은 특히 다중 렙톤 최종 상태에서 새로운 공진자에 대한 감도를 향상시킨다.