[논문 리뷰] LHC diphoton 750 GeV resonance as an indication of $SU(3)_c imes SU(3)_L imes U(1)_X$ gauge symmetry

A. E. Cárcamo Hernández, Ivan Nišandžić|arXiv (Cornell University)|2015. 12. 22.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 64

한 줄 요약

이 논문은 LHC에서 관측된 750 GeV의 이광자 공명이 $SU(3)_c \times SU(3)_L \times U(1)_X$ 모델 내의 스칼라 트리플렛의 CP-짝성 성분에서 기인하며, 벡터-유사 페르미온을 통해 광자 및 글루온과의 결합이 매개된다고 제안한다. 이 모델은 벡터-유사 페르미온이 약 1 TeV에 있고 강한 결합 상수가 존재할 경우 관측된 신호 강도를 재현하면서도, 억제된 혼합을 통해 정밀도 제약 조건과도 일치한다.

ABSTRACT

The LHC collaborations ATLAS and CMS recently reported on the excess of the events in the diphoton final states at the invariant mass of about $750~ ext{GeV}$. In this article we speculate on the possibility that the excess arises from the neutral CP-even component $ϕ$ of the scalar triplet $ Φ$ of the $SU(3)_{c} imes SU(3)_{L} imes U(1)_{X}$ $(3 ext{-}3 ext{-} 1)$ model that has a $U(1)_{X}$ charge equal to $X=-1/3$ and acquires a vacuum expectation value larger than the electroweak symmetry breaking scale. The interactions of the scalar field $ϕ$ to the photon- and gluon-pairs are mediated by the virtual vector-like fermions which appear as components of the anomaly-free chiral fermion representations of the $3 ext{ -}3 ext{-}1$ gauge group.

연구 동기 및 목표

• 표준모형을 초월한 새로운 물리학의 신호로 관측된 LHC에서의 750 GeV 이광자 공명을 설명하기 위해.
• 공명이 표준모형의 $SU(3)_L \times U(1)_X$ 확장된 전자약력 대칭군의 중성 CP-짝성 스칼라로 해석될 수 있는지 탐색하기 위해.
• 벡터-유사 페르미온이 스칼라의 광자 및 글루온과의 결합을 루프 수준 상호작용을 통해 어떻게 매개하는지 규명하기 위해.
• 벡터-유사 페르미온과 표준모형 페르미온 간의 혼합이 작게 유지되어야 정밀도 제약 조건과 일치함을 보장하기 위해.

제안 방법

• 모델은 $SU(3)_c \times SU(3)_L \times U(1)_X$ 게이지 군을 기반으로 하며, 스칼라 트리플렛은 $SU(3)_L$에 대해 변환되며 $U(1)_X$ 전하 $X = -1/3$ 를 갖는다.
• 스칼라 장 $\phi$는 트리플렛의 CP-짝성 성분이며, 전자약력 스케일보다 큰 진공 기대값을 갖는다.
• 광자 및 글루온과의 결합은 $3\text{-}3\text{-}1$ 군의 이상치가 없는 카이랄 표현에서 온 벡터-유사 페르미온을 포함한 루프를 통해 매개된다.
• 생산 단면적과 이광자 붕괴율은 $\sqrt{s} = 13$ TeV에서 계산되며, 벡터-유사 페르미온 질량과 요다 결합 상수에 따라 달라진다.
• 벡터-유사 페르미온의 혼합 매개변수를 제약하기 위해 $Z'$ 보손 질량과 플레이버 위반 과정의 제약 조건을 사용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 750 GeV 이광자 공명은 표준모형의 $SU(3)_L \times U(1)_X$ 확장에서 중성 스칼라로 설명될 수 있는가?
• RQ2 관측된 비율로 $\phi \to \gamma\gamma$ 및 $\phi \to gg$ 붕괴를 매개하기 위해 필요한 벡터-유사 페르미온의 성질는 무엇인가?
• RQ3 정밀도 전자약력 측정과 $Z'$ 보손 제약 조건과 일치하기 위해 모델은 어떻게 유지될 수 있는가?
• RQ4 스칼라 트리플렛의 $U(1)_X$ 전하 $X = -1/3$ 는 어떻게 이광자 붕괴를 가능하게 하는가?

주요 결과

• 750 GeV 이광자 신호는 $U(1)_X$ 전하 $X = -1/3$ 를 갖는 $3\text{-}3\text{-}1$ 모델 내의 스칼라 트리플렛의 CP-짝성 성분 $\phi$에 의해 설명될 수 있다.
• 벡터-유사 페르미온의 공통 질량이 약 1 TeV이고 요다 결합 상수가 약 1.5–2.5일 경우 관측된 신호 강도가 재현된다.
• 정밀도 제약 조건을 만족하기 위해 벡터-유사 페르미온은 표준모형 페르미온과의 혼합이 억제되어야 한다.
• 이 모델에서 $Z'$ 게이지 보손의 질량은 약 2.5 TeV로 추정되며, 현재 LHC의 제약 조건과 일치한다.
• 13 TeV LHC에서 $\phi$의 총 생산 단면적은 선택된 매개변수 영역에서 ATLAS와 CMS의 통합 측정치와 호환된다.