[논문 리뷰] Interpreting 750 GeV diphoton resonance as degenerate Higgs bosons in NMSSM with vector-like particles

Fei Wang, Wenyu Wang외 3명|arXiv (Cornell University)|2015. 12. 28.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 LHC 데이터에서 관측된 750 GeV 이중광자 공명이, 벡터-형상 입자를 포함한 확장된 NMSSM에서 두 개의 거의 디제너레이트한 싱게틀-유사한 힉스 보손(h₂ ≈ a₁ ≈ 750 GeV)으로 인해 발생한다고 제안한다. 이 모형은 순환 유도 이중광자 붕괴를 통해 공명을 설명하며, 어두운 물질 유사 상태로의 상당한 비가시 붕괴를 예측하여 LHC에서 검증 가능한 단일 제트 서명을 제공한다.

ABSTRACT

In this work, we explain the 750 GeV diphoton resonance in the Next-to-Minimal Supersymmetric Standard Model (NMSSM) by introducing vector-like particles. Such an extension is well motivated from the top-down view since some grand unified theories usually predict the existence of singlet scalars and vector-like particles at weak scale. In our model, the 750 GeV resonance can be interpreted as two nearly degenerate singlet-like Higgs bosons (mh2 ≈ ma1 ≈ 750 GeV). Under the constraints from the LHC data and dark matter experiments, we scan the parameter space and find that such a model can successfully account for the 750 GeV diphoton excess. Besides, we find that the two 750 GeV Higgs bosons h2 and a1 can sizably decay to � 0 � 0 invisibly. Therefore, search for the monojet events through the process gg → h2/a1(→ � 0 � 0 )j can further test our scenario at

연구 동기 및 목표

• LHC 런 2 데이터에서 관측된 750 GeV 이중광자 공명을 확장된 다음 최소 초대칭 표준 모형(NMSSM)을 사용하여 설명하기.
• 대규모 통합 이론에서 유도된 벡터-형상 입자를 포함하여 모형을 안정화하고 공명 해석을 가능하게 하기.
• LHC 데이터와 어두운 물질 실험의 제약 조건 내에서 공명을 설명하기.
• 750 GeV 상태가 어두운 물질 유사 입자로 상당한 비가시 붕괴를 겪을 가능성 탐색하기.

제안 방법

• 벡터-형상 입자를 NMSSM에 도입하여 스칼라 섹터를 확장하고, 750 GeV에서 두 개의 거의 디제너레이트한 싱게틀-유사 힉스 보손(h₂와 a₁)의 형성을 촉진하기.
• 질량이 약 750 GeV이면서 작은 질량 분리도를 갖는 두 개의 힉스 상태(h₂와 a₁)를 허용하는 스칼라 포텐셜을 구성하기.
• 관측된 이중광자 초과를 일치시키기 위해 토프 및 벡터-형상 페르미온 루프를 통한 순환 유도 이중광자 붕괴 확률 계산하기.
• Z₂ 유사 대칭을 가정하여 h₂와 a₁의 어두운 물질 유사 상태(ϕ₀ϕ₀)로의 비가시 붕괴 분율 평가하기.
• LHC 이중광자 데이터, 어두운 물질 잔류 밀도, 직접 탐지 제약 조건으로 제약을 받는 매개변수 공간 스캔 수행하기.
• gg → h₂/a₁ → ϕ₀ϕ₀j를 통한 제트 서명 분석하기. 이는 h₂/a₁의 글루온 융합 생성과 비가시 붕괴를 거쳐 LHC에서 관측 가능한 신호를 예측한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 확장된 NMSSM에 벡터-형상 입자를 포함한 두 개의 거의 디제너레이트한 싱게틀-유사 힉스 보손이 750 GeV 이중광자 공명을 일관적으로 설명할 수 있는가?
• RQ2 LHC 이중광자 데이터와 어두운 물질 제약 조건을 만족하는 가용 매개변수 영역는 어디인가?
• RQ3 750 GeV 힉스 상태가 어두운 물질 유사 입자로 비가시 붕괴할 수 있는 정도는 어느 정도인가?
• RQ4 gg → h₂/a₁ → ϕ₀ϕ₀j 채널이 LHC에서 이 시나리오를 보완적으로 검증할 수 있는가?

주요 결과

• 확장된 NMSSM 프레임워크 내에서 두 개의 거의 디제너레이트한 힉스 보손 h₂와 a₁(모두 질량 ≈750 GeV)이 750 GeV 이중광자 공명을 설명할 수 있다.
• 이 모형은 토프 및 벡터-형상 페르미온 루프를 통한 순환 유도 붕괴를 통해 관측된 이중광자 초과를 성공적으로 재현한다.
• h₂와 a₁는 어두운 물질 유사 상태 ϕ₀ϕ₀로의 상당한 비가시 붕괴 분율(최대 수십 퍼센트까지)을 가지며, 이는 뚜렷한 예측이다.
• gg → h₂/a₁ → ϕ₀ϕ₀j를 통한 제트 서명은 LHC에서 관측 가능할 것으로 예측되며, 이는 모형의 핵심 실험적 검증 수단이 된다.
• LHC 이중광자 데이터, 어두운 물질 잔류 밀도, 직접 탐지 제약 조건을 모두 만족하는 매개변수 영역는 실현 가능하며 비트리비얼한 성격을 띤다.
• 벡터-형상 입자의 포함은 대규모 통합 이론에서 유도된 상향식 동기론을 제공하여 모형의 이론적 일관성을 강화한다.