[논문 리뷰] LHC 750 GeV diphoton resonance explained as a heavy scalar in top-seesaw model

Archil Kobakhidze, Fei Wang외 3명|arXiv (Cornell University)|2015. 12. 17.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 64

한 줄 요약

이 논문은 LHC에서 관측된 750 GeV 다이포톤 공명을, 토프-시즈모델 내의 무거운 스칼라 싱게틀로 설명하는 바이다. 여기서 공명은 글루온 융합를 통해 생성되고, 벡터-유사한 토프/보텀 파artner를 통한 고리 진동을 통해 다이포톤으로 붕괴한다. 이 모형은 추가적인 오른쪽 히드로닌을 통해 총 붕괴 너비를 증가시키며, 향후 LHC 런에서 검증 가능한 서명을 제공하는 $S \to \gamma\gamma$, $S \to Z\gamma$, $S \to ZZ$ 붕괴 간의 강한 상관관계를 예측한다.

ABSTRACT

In this letter, we explain the recent LHC-13 TeV diphoton resonance excess at $\sim 750$ GeV in a top-seesaw model, in which a heavy singlet scalar is produced in gluon fusion and decays into two photons through vector-like top/bottom partner loop. The total width of the resonance can be enhanced by introducing extra right-handed neutrino. We show that our model can accommodate the observed signal and is consistent with the current LHC data. Besides, our model predicts a strong correlation between $S o \gamma\gamma$, $S o Z \gamma$ and $S o ZZ$ decays. This behavior may help to test the diphoton excess in our model in future LHC experiments.

연구 동기 및 목표

• LHC에서 관측된 750 GeV 다이포톤 공명 과잉을 토프-시즈모델의 맥락에서 설명하기 위해.
• 현재 LHC 데이터와의 일관성을 확보하여 공명의 이론적 타당성을 다루기 위해.
• 특히 오른쪽 히드로닌의 포함을 통해 총 붕괴 너비를 증가시키는 메커니즘 탐색을 위해.
• 향후 실험적 검증을 위한 $S \to \gamma\gamma$, $S \to Z\gamma$, $S \to ZZ$ 붕괴 모드 간의 관찰 가능한 상관관계를 예측하기 위해.

제안 방법

• 토프-시즈모델 프레임워크 내에서 750 GeV 공명의 후보로 무거운 싱게틀 스칼라 장을 도입하기 위해.
• 다이포톤 붕괴를 통해 $S \to \gamma\gamma$를 매개하는 벡터-유사한 토프 및 보텀 파artner를 구현하기 위해.
• LHC에서의 공명 생성 주요 모드로 글루온 융합를 사용하기 위해.
• 스칼라 공명의 총 붕괴 너비를 증가시키기 위해 추가적인 오른쪽 히드로닌을 도입하기 위해.
• 효과적 장 이론 기법을 사용하여 $S \to \gamma\gamma$, $S \to Z\gamma$, $S \to ZZ$ 간의 분해율과 붕괴 상관관계를 계산하기 위해.
• 기존 LHC 데이터의 공명 생성 및 붕괴율과의 일관성을 평가하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 750 GeV 다이포톤 공명은 무거운 스칼라 싱게틀을 포함한 토프-시즈모델 내에서 일관되게 설명될 수 있는가?
• RQ2 벡터-유사한 토프 및 보텀 파artner는 공명의 다이포톤 붕괴에 어떻게 기여하는가?
• RQ3 오른쪽 히드로닌은 실험적 제약 조건과 일치시키기 위해 공명의 총 붕괴 너비를 증가시키는 데 어떤 역할을 하는가?
• RQ4 이 모형에서 $S \to \gamma\gamma$, $S \to Z\gamma$, $S \to ZZ$ 붕괴 모드 간에 관찰 가능한 상관관계가 존재하는가?
• RQ5 이 모형은 향후 LHC 데이터에서 예측된 붕괴 상관관계를 통해 검증될 수 있는가?

주요 결과

• 모형은 글루온 융합를 통해 생성되고, 벡터-유사한 토프 및 보텀 파artner를 통한 고리 진동을 통해 두 개의 포톤으로 붕괴하는 무거운 스칼라 싱게틀을 통해 관측된 750 GeV 다이포톤 공명 과잉을 성공적으로 설명한다.
• 오른쪽 히드로닌의 포함은 공명의 총 붕괴 너비를 크게 증가시켜 실험적 제약과 일치시키는 데 기여한다.
• 모형은 $S \to \gamma\gamma$, $S \to Z\gamma$, $S \to ZZ$ 붕괴율 간의 강한 상관관계를 예측하며, 이는 향후 LHC 탐색에서 특징적인 서명이 될 수 있다.
• 모형은 현재 LHC 데이터의 공명 생성 및 붕괴와의 일관성을 유지하여, 현상학적 프레임워크로서의 타당성을 뒷받침한다.
• 예측된 붕괴 상관관계는 향후 LHC 런에서 모형을 확인하거나 배제하기 위한 명확하고 검증 가능한 신호를 제공한다.