[논문 리뷰] LHC diphotons from electroweakly pair-produced composite pseudoscalars

James M. Cline, Zuowei Liu|arXiv (Cornell University)|2015. 12. 21.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 64

한 줄 요약

논문은 새로운 비국소적 양성자 이론에서 전하를 띤 무거운 페르미온의 결합 상태인 복합 편스칼라가 Drell-Yan 과정을 통해 쌍생성될 수 있고, 이들이 이중광자로 붕괴하여 ATLAS 및 CMS가 관측한 750 GeV 이중광자 초과 현상에 기여할 수 있다고 제안한다. 이는 4광자 사건, 같은 전하의 쌍전자, 다중재료 끝상태, 그리고 질량이 ~N_c × 375 GeV인 중성자 어두운 물질 입자와 같은 추가 신호를 예측한다.

ABSTRACT

Motivated by excess diphoton events reported by ATLAS and CMS, we show that composite pseudoscalars, bound states of heavy fermions under a new confining gauge theory, can be pair-produced by Drell-Yan production if the constituent particles are electrically charged. The decays of these pion-like bound states into two photons can explain the observed events near 750 GeV. The model predicts that there should be significant numbers of 4-photon events from decays of the pseudoscalar pairs, as well as same-sign dilepton pairs at a somewhat lower invariant mass, or multijet signals, coming from decays of charge-2 pseudoscalars. These states and their decays are necessary for avoiding stable charged baryon-like relics in the new confining sector. A neutral baryon-like dark matter candidate of mass $\sim N_c imes 375$ GeV is a further prediction of the model, for SU($N_c$) confining gauge group.

연구 동기 및 목표

• LHC 데이터에서 ATLAS 및 CMS가 관측한 750 GeV 이중광자 공진을 설명하기 위해.
• 초과 현상에 대한 역학적 설명으로서 복합 편스칼라의 타당성을 탐색하기 위해.
• 동일한 기초 물리학에서 기인하는 추가 콜라이더 신호—예를 들어 4광자 및 같은 전하의 쌍전자 사건—를 예측하기 위해.
• 신규 비국소적 부문에서 안정한 전하를 띤 이중자 유사 잔여물이 존재하지 않도록 보장함으로써 천체물리적 안정성을 확보하기 위해.
• 비국소적 부문에서 기인하는 중성자 어두운 물질 후보를 예측하기 위해, 질량은 ~N_c × 375 GeV 비례로 스케일링된다.

제안 방법

• 새로운 비국소적 SU(N_c) 게이지 군 하에서 전하를 띤 무거운 페르미온의 결합 상태로 복합 편스칼라를 모델링하기 위해.
• LHC에서 쌍생성된 편스칼라를 생성하기 위해 Drell-Yan 생성 메커니즘을 적용하기 위해.
• 편스칼라의 두 광자로 붕괴 폭을 계산하기 위해, 전하를 띤 구성 요소를 포함한 루프 수준의 동역학을 적용하기 위해.
• 특히 전하 ±2인 전하를 띤 편스칼라의 경우, 같은 전하의 쌍전자 및 다중재료 끝상태로의 붕괴 채널을 분석하기 위해.
• 비국소적 부문에서 안정한 전하를 띤 이중자 상태가 존재하지 않도록 보장하기 위해, 천체물리적 제약 조건을 충족시키기 위해.
• 비국소적 부문에서 기인하는 이중자 결합 상태에서 기인하는 중성자 어두운 물질 후보의 질량을 ~N_c × 375 GeV로 유도하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Drell-Yan 과정을 통해 생성된 복합 편스칼라가 LHC에서 관측된 750 GeV 이중광자 초과 현상을 설명할 수 있는가?
• RQ2 이 모델에서 이중광자 공진에 수반되는 추가 콜라이저 신호—예를 들어 4광자 또는 같은 전하의 쌍전자 사건—는 무엇인가?
• RQ3 전하를 띤 편스칼라의 성질, 특히 이들이 쌍전자 및 다중재료로 붕괴하는 방식은 모델에 어떤 제약을 가하는가?
• RQ4 비국소적 게이지 군의 랭크(N_c)는 중성자 어두운 물질 후보의 질량에 어떤 역할을 하는가?
• RQ5 이 모델은 초기 우주에서 안정한 전하를 띤 이중자 유사 잔여물이 형성되는 것을 어떻게 방지하는가?

주요 결과

• Drell-Yan 과정을 통해 생성된 복합 편스칼라가 두 광자로 붕괴할 수 있으며, 이는 750 GeV 이중광자 초과 현상에 대한 타당한 설명이 된다.
• 편스칼라 쌍의 붕괴에서 기인하는 다수의 4광자 사건이 예측되며, 이는 실험적 검증을 위한 특징적인 서명이 된다.
• 같은 전하의 쌍전자 쌍은 이중광자 피크보다 낮은 진동 질량에서 발생하며, 전하를 띤 편스칼라의 붕괴에서 기인한다.
• 전하 2인 편스칼라의 붕괴에서 기인하는 다중재료 끝상태가 예측되며, 이는 추가적인 실험적 수단을 제공한다.
• 비국소적 부문에서 전하를 띤 편스칼라의 존재로 인해, 핵합성 이전에 붕괴하는 전하를 띤 편스칼라가 존재함으로써 안정한 전하를 띤 이중자 유사 잔여물이 자연스럽게 방지된다.
• 비국소적 부문에서 이중자 결합 상태에서 기인하는 중성자 어두운 물질 후보가 질량 ~N_c × 375 GeV로 예측된다.