[논문 리뷰] Linking radiative seesaw-type mechanism of fermion masses and non-trivial quark mixing with the 750 GeV diphoton excess

Carolina Arbeláez, A. E. Cárcamo Hernández외 2명|arXiv (Cornell University)|2016. 02. 11.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 20

한 줄 요약

이 논문은 $S_4 \otimes Z_2 \otimes Z_{12}$ 대칭으로 확장된 예측 가능한 관성 2HDM를 제안하며, 이국적인 전하를 가진 페르미온과 오른쪽 수손 메이저라 네트리노를 도입한다. 모형은 이국적 페르미온을 통해 삼각형 루프를 거쳐 광자로 붕괴하는 싱게트 스칼라를 통해 750 GeV 이중광자 비례를 설명한다. 同시에 일중 루프 메커니즘을 통해 계층적인 페르미온 질량과 혼합을 생성하고, 고체 수준과 일중 루프 수준에서 반사적 시즈모 메커니즘을 통해 중성자 질량을 생성한다.

ABSTRACT

We propose a predictive inert 2 Higgs doublet model, where the Standard Model (SM) symmetry is extended by $S_{4}\otimes Z_{2}\otimes Z_{12}$ and the field content is enlarged by extra scalar fields, charged exotic fermions and one heavy righthanded Majorana neutrino. Our model successfully explains the $750$ GeV diphoton excess recently registered at the LHC as well as the observed SM fermion mass and mixing pattern. This excess with respect to the SM Higgs diphoton decay arises from the decay of a singlet scalar field neutral under the symmetries of the model. It decays into gluon and photon pairs via the triangular loop with the internal charged exotic fermions. The latter also generate a nontrivial quark mixing and provide one-loop-level masses for the first- and second-generation charged fermions. The masses of the light active neutrinos are generated from a combination of tree level type-I and one loop-level radiative seesaw mechanisms.

연구 동기 및 목표

• 표준모형의 최소적이면서도 예측 가능한 확장 내에서 LHC에서 관측된 750 GeV 이중광자 비례를 설명하기 위해.
• 일중 루프 메커니즘을 사용하여 SM 페르미온의 계층적인 질량과 비트리비얼한 혼합 패턴을 동시에 설명하기 위해.
• 고체 수준의 타입-I 시즈모와 일중 반사적 시즈모 메커니즘의 조합을 통해 가벼운 활성 중성자 질량을 생성하기 위해.
• 단일 대칭 프레임워크 내에서 페르미온 질량, 혼합, 그리고 이중광자 공진의 기원을 통합적으로 설명하기 위해.

제안 방법

• 스칼라 포텐셜과 페르미온 상호작용을 보호하기 위해 $S_4 \otimes Z_2 \otimes Z_{12}$ 전역 대칭으로 확장된 관성 2Higgs 이중체 모형을 도입한다.
• 삼각형 루프 다이어그램을 통해 싱게트 스칼라의 이중광자 붕괴를 매개하는 전하를 가진 이국적 페르미온의 존재를 가정한다.
• 동일한 이국적 페르미온을 사용하여 제1 및 제2세대 양성자 질량을 일중 루프 수준에서 생성하여 관측된 쿼크 및 렙톤 질량 계층을 재현한다.
• 고체 수준의 타입-I 시즈모와 일중 반사적 시즈모 기여를 통해 가벼운 중성자 질량을 생성할 수 있도록 무거운 오른쪽 수손 메이저라 중성자를 도입한다.
• 싱게트 스칼라가 모든 게이지 대칭과 전역 대칭에 대해 중성임을 확보하여, 이국적 페르미온을 포함한 루프 유도 상호작용을 통해 $\gamma\gamma$ 및 $gg$로 붕괴할 수 있도록 한다.
• 대칭을 유지하면서 안정된 진공을 허용하고, 가벼운 힉스 보존과 750 GeV 공진을 포함하는 스칼라 포텐셜과 요카와 상호작용을 구성한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 예측 가능한 확장된 표준모형 내에서, 이국적 전하 페르미온을 포함한 루프를 통해 광자로 붕괴하는 싱게트 스칼라가 750 GeV 이중광자 비례를 설명할 수 있는가?
• RQ2 동일한 이국적 페르미온이 어떻게 일중 루프 수준에서 제1 및 제2세대 양성자 질량을 동시에 생성할 수 있는가?
• RQ3 오른쪽 수손 메이저라 중성자가 고체 수준과 일중 루프 수준의 시즈모 메커니즘을 통해 가벼운 활성 중성자 질량을 생성하는 데 어떤 역할을 하는가?
• RQ4 단일 대칭적 구조를 가진 일관된 전역 대칭 프레임워크 내에서 이중광자 비례, 페르미온 질량, 중성자 질량의 기원을 통합적으로 설명하는 것이 가능한가?

주요 결과

• 750 GeV 이중광자 비례는 전하를 가진 이국적 페르미온을 포함한 삼각형 루프를 통해 광자로 붕괴하는 싱게트 스칼라에 의해 설명되며, 붕괴율은 LHC 데이터와 일치한다.
• 동일한 이국적 페르미온이 제1 및 제2세대 양성자 질량을 일중 루프 수준에서 생성하여 관측된 계층적인 질량 패턴을 재현한다.
• 가벼운 활성 중성자 질량은 고체 수준의 타입-I 시즈모와 일중 반사적 시즈모 메커니즘의 조합으로 발생하며, 작은 중성자 질량에 대한 자연스러운 설명을 제공한다.
• 모형은 $S_4 \otimes Z_2 \otimes Z_{12}$ 대칭을 통해 예측 가능한 프레임워크를 실현하여 스칼라 포텐셜의 안정성과 플레어-변경 중성자 흐름의 부재를 보장한다.
• 스칼라 부문은 모든 대칭에 대해 중성인 750 GeV 공진을 포함하며, 이는 이국적 페르미온을 포함한 루프 다이어그램을 통해 광자와 글루온과 상호작용한다.
• 모형은 단일 대칭적 프레임워크 내에서 이중광자 비례, 페르미온 질량 생성, 중성자 질량 생성의 기원을 성공적으로 통합한다.