[논문 리뷰] Interpreting 750 GeV Diphoton Resonance in the NMSSM with Vector-like Particles

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

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 37

한 줄 요약

이 논문은 NMSSM에 벡터 장성 칼라 슈퍼필드를 도입하여 750 GeV 이중광자 공진성의 설명을 제안한다. 이는 거의 일치하는 두 개의 수축성과 유사한 힉스 보손(mh2 ≈ ma1 ≌ 750 GeV)을 생성하며, 이들은 큰 혼합을 보이는 벡터 장성 스쿼크로 주로 붕괴된다. 이 메커니즘은 글루온 융합 생성 단면적을 증가시키며, 이는 이중광자 과잉 현상에 성공적으로 설명을 제공할 뿐 아니라 힉스 및 어둠성 물질 제약 조건을 만족시킨다.

ABSTRACT

In this work, we explain the recent observed 750 GeV diphoton resonance in the Next-to-Minimal Supersymmetric Standard Model (NMSSM) by introducing vector-like chiral superfields. 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). The decays of h2/a1 → are dominated by the vector-like squarks with large mixing, which can also enhance the production cross section of gg → h2/a1. Under the constraints from the Higgs data and dark matter detection, we scan the parameter space and find that such a model can successfully accounts for the diphoton excess.

연구 동기 및 목표

• 다음세계 초대칭 표준모형(NMSSM)의 맥락에서 관측된 750 GeV 이중광자 공진성을 설명하기 위해.
• 특히 대통합이론 고려사항에서 비롯된 상향식 프레임워크에서 벡터 장성 칼라 슈퍼필드를 도입하는 데 이론적 동기를 제공하기 위해.
• 공진성이 거의 일치하는 두 개의 수축성과 유사한 힉스 보손(mh2 ≈ ma1 ≌ 750 GeV)으로 해석될 수 있는지 탐색하기 위해.
• 큰 혼합을 보이는 벡터 장성 스쿼크가 어떻게 이중광자 붕괴 폭과 글루온 융합 생성 단면적을 증가시키는지 조사하기 위해.
• 기존의 힉스 보손 데이터 및 직접/간접 어둠성 물질 탐측 제약 조건과 일관성을 유지하기 위해.

제안 방법

• NMSSM에 벡터 장성 칼라 슈퍼필드를 도입하여 스칼라 섹터를 확장하고 750 GeV에서 거의 일치하는 두 개의 수축성과 유사한 힉스 보손을 생성하기 위해.
• 확장된 스칼라 포텐셜에서 유래하는 두 상태인 h2와 a1의 혼합으로 750 GeV 공진성을 모델링하며, 질량은 mh2 ≈ ma1 ≈ 750 GeV이다.
• 벡터 장성 스쿼크와 표준모형 유사 스쿼크 간의 큰 혼합을 이용하여 루프 도식을 통한 광자 붕괴 확률을 증가시키기 위해.
• 글루온 융합 생성 단면적(gg → h2/a1)을 계산하고, 벡터 장성 입자에 의해 유도된 큰 쌍함수로 인해 상당히 증가함을 보여주기 위해.
• LHC 힉스 데이터 및 어둠성 물질 잔류 밀도 제약 조건을 적용하여 확장된 NMSSM 매개변수 공간 전반에 걸쳐 전반적인 매개변수 스캔을 수행하기 위해.
• 스칼라 및 페시스칼라 수축성 기여를 통해 직접 및 간접 어둠성 물질 탐측 한계와의 일관성을 평가하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 NMSSM에 벡터 장성 입자를 포함한 맥락에서 750 GeV 이중광자 공진성이 거의 일치하는 두 개의 수축성과 유사한 힉스 보손으로 일관되게 설명될 수 있는가?
• RQ2 큰 혼합을 보이는 벡터 장성 스쿼크는 어떻게 750 GeV 상태의 이중광자 붕괴 폭과 글루온 융합 생성률을 증가시키는가?
• RQ3 확장된 스칼라 섹터와 벡터 장성 상태는 힉스 보손 신호 강도와 어둠성 물질 잔류 밀도에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 LHC 힉스 섹터 및 직접/간접 어둠성 물질 탐측에서의 현재 실험 제약 조건 하에서 모델이 타당한가?
• RQ5 모델이 동시에 이중광자 과잉 현상과 관측된 표준모형 유사 힉스 보손 성질과의 일관성을 유지할 수 있는가?

주요 결과

• 750 GeV 이중광자 공진성은 성공적으로 거의 일치하는 두 개의 수축성과 유사한 힉스 보손인 h2와 a1로 해석되며, 질량은 약 750 GeV이다.
• h2/a1의 붕괴는 큰 혼합으로 인해 벡터 장성 스쿼크로 주로 일어나며, 이는 루프 유도 과정을 통해 이중광자 붕괴 폭을 상당히 증가시킨다.
• 글루온 융합 생성 단면적(gg → h2/a1)은 벡터 장성 쿼크를 포함한 큰 쌍함수로 인해 상당히 증가한다.
• 모델이 힉스 신호 강도 및 어둠성 물질 잔류 밀도 측정 제약 조건을 만족하는 타당한 매개변수 공간이 존재한다.
• 가장 가벼운 중성노인이 주요 어둠성 물질 후보자인 경우, 직접 및 간접 어둠성 물질 탐측 한계와 모델이 일관성을 유지한다.
• 벡터 장성 칼라 슈퍼필드의 포함은 기존 실험적 한계를 위반하지 않으면서도 공진성을 설명할 수 있는 이론적으로 타당한 확장을 제공한다.