[논문 리뷰] Interpreting $750$ GeV Diphoton Excess with R-parity Violating Supersymmetry

Ran Ding, Li Huang외 2명|arXiv (Cornell University)|2015. 12. 21.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 76

한 줄 요약

이 논문은 렙톤 R-포탄 비위반 초대칭 모형을 제안하며, 750 GeV 이중광자 초과 현상은 쿼크-반쿼크 결합을 통해 생성된 스누트리노 공진으로 설명된다. 큰 삼중선형 연속성 항($ T_{\tilde{\nu}}^{ijk} $)이 루프 내 라프톤을 포함하여 이중광자 붕괴 확률이 증가하여 CMS 데이터를 성공적으로 맞추며, 스토, 스모이온 질량은 375–410 GeV(중성미온이 무거운 경우 375–480 GeV)로 예측된다. 반면 ATLAS 데이터는 넓이 제약 조건으로 인해 배제된다.

ABSTRACT

We propose an supersymmetric explanation of the diphoton excess in the Minimal Supersymmetric Standard Model with the leptonic R-parity violation. Where the sneutrino serves as the 750 GeV resonance and produced through quark anti-quark annihilation. With introducing appropriate trilinear soft parameters, we show that the diphoton branching ratio is significantly enhanced compared with the conventional MSSM. The parameter space favored by diphoton excess strongly indicates the mass of smuon and stau fall into the range $375-410$ (375-480) GeV, which depending on the electroweakino masses. In addition, the $R$-parity-violating trilinear couplings involved with second generation quarks are both favored by compatibility of diphoton excess and low-energy constraints.

연구 동기 및 목표

• LHC 런 II에서 ATLAS 및 CMS가 관측한 750 GeV 이중광자 초과 현상을 추가적인 이국 입자를 도입하지 않고 설명하고자 한다.
• R-포탄 비위반 MSSM가 실험 데이터와 일치하는 충분히 큰 이중광자 분해비율을 생성할 수 있는지 탐색하고자 한다.
• LHC 및 저에너지 제약 조건과 일치하는 삼중선형 연속성 항과 라프톤 질량의 타당한 매개변수 영역을 규명하고자 한다.
• 라프톤 루프를 통한 붕괴 강화를 통해 기존 MSSM과의 차별성을 확보하고자 한다.
• 8 TeV 및 13 TeV LHC 데이터와의 일관성을 평가하며, 특히 디젯 및 이중광자 공진에 대한 제약 조건을 고려하고자 한다.

제안 방법

• 750 GeV 공진을 R-포탄 비위반 MSSM 프레임워크 내에서 첫 번째 세대 스누트리노로 식별한다.
• 라프톤과 카이아르기노/중성미온과 관련된 삼중선형 연속성 항 $ T_{\tilde{\nu}}^{ijk} $을 활용하여 루프 유도 이중광자 붕괴를 강화한다.
• 전하 라프톤과 카이아르기노를 포함한 1차원 도형을 통해 이중광자 붕괴 폭을 계산하며, 주로 $ \tilde{\mu}, \tilde{\tau} $에서 기여한다.
• 8 TeV 디젯 및 이중광자 공진 탐색 제약 조건, 그리고 $ A_{FB}^{f} $, $ Q_W(\text{Cs}) $, $ \beta\beta 0\nu $ 붕괴와 같은 저에너지 관측량을 적용한다.
• 허용 가능한 매개변수 영역의 민감도를 평가하기 위해 전기약한 힘 입자 질량을 각각 350 GeV 및 800 GeV로 고정한다.
• 가용 영역을 규명하기 위해 $ m_{\tilde{\mu}, \tilde{\tau}} $, $ \lambda_2^{ijk} $, $ T_{\lambda_1}^{1jj} $에 대한 수치적 스캔을 수행한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 추가적인 벡터-유사 페르미온을 도입하지 않고 R-포탄 비위반 MSSM 프레임워크 내에서 750 GeV 이중광자 초과 현상을 설명할 수 있는가?
• RQ2 라프톤을 포함한 삼중선형 연속성 항은 기존 MSSM에 비해 이중광자 분해비율을 어떻게 증가시키는가?
• RQ3 이중광자 초과 현상과 저에너지 제약 조건을 동시에 만족하는 $ \lambda_2^{ijk} $ 결합 조합은 어떤 것인가?
• RQ4 8 TeV LHC 디젯 및 이중광자 공진 탐색 제약 조건은 모형의 타당성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 ATLAS와 CMS에서 보고한 신호 폭의 다름을 고려할 때, 모형은 8 TeV 및 13 TeV LHC 데이터와 일관성이 있는가?

주요 결과

• 라프톤이 루프에 포함된 큰 삼중선형 연속성 항 덕분에 기존 MSSM에 비해 이중광자 분해비율이 크게 증가한다.
• 모형은 CMS의 이중광자 초과 현상에 대해 신호 강도 $ (6 \pm 3) $ fb로 성공적으로 맞추며, ATLAS의 45 GeV 폭은 큰 총 붕괴 폭으로 인해 배제된다.
• 스토, 스모이온 질량은 경량 전기약한 힘 입자일 경우 375–410 GeV(중성미온이 무거운 경우 375–480 GeV)로 예측되며, 강력한 검증 가능한 예측을 제공한다.
• 경량 전기약한 힘 입자일 경우 스누트리노의 총 붕괴 폭은 최대 30 GeV(중성미온이 무거운 경우 17 GeV)에 이르며, 이는 CMS에서 관측된 폭과 일치한다.
• $ \beta\beta 0\nu $ 붕괴 제약 조건으로 인해 $ \lambda_2^{111} $는 제한되며, $ m_{\tilde{\chi}^0} = 350 $ GeV일 경우 $ \lambda_2^{111} \leq 0.053 $로 제한되어 매개변수 영역의 일부가 배제된다.
• 2세대 쿼크를 포함한 결합($ \lambda_2^{122}, \lambda_2^{112} $)이 8 TeV 및 13 TeV LHC 데이터와의 호환성에서 유리하여 선호된다.