[논문 리뷰] Minimal Left-Right Symmetry Confronted with the 750 GeV Di-photon Excess at LHC

Arnab Dasgupta, Manimala Mitra외 1명|arXiv (Cornell University)|2015. 12. 30.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 32

한 줄 요약

이 논문은 LHC에서 관측된 750 GeV 이중 광자 초과 현상이 최소 왼쪽-오른쪽 대칭 모형(MLRSM) 내에서 설명될 수 있는지 조사한다. 최소 MLRSM는 생산 및 붕괴 비율이 부족하여 관측된 10 fb 이중 광자 단면적을 설명할 수 없다고 밝히지만, 일반적인 시즈모 메커니즘을 통해 벡터-유사 페르미온을 도입함으로써 단면적을 증가시킬 수 있다. 그러나 모형은 여전히 약 50 GeV로 관측된 큰 붕괴 너비를 동시에 재현하지 못한다.

ABSTRACT

The recent results of 13 TeV ATLAS and CMS di-photon searches show an excess at di-photon invariant mass of 750 GeV. We look for possible explanation of this within minimal left right symmetric model (MLRSM). The possible candidate is a neutral Higgs of mass 750 GeV that can decay to di-photon via charged Higgs and right handed gauge boson loop. However, the cross-section is not consistent with the ATLAS and CMS results. We then discuss one possible variation of this model with universal seesaw for fermion masses that can explain this excess.

연구 동기 및 목표

• ATLAS와 CMS가 관측한 750 GeV 이중 광자 공명이 최소 왼쪽-오른쪽 대칭 모형(MLRSM) 내에서 설명될 수 있는지 테스트하기.
• 오른쪽 수체의 중성 힉스 보손이 750 GeV 공명 후보로 가능한지 평가하기.
• MLRSM가 관측된 이중 광자 단면적(~10 fb)과 붕괴 너비(~50 GeV)를 동시에 재현할 수 있는지 탐색하기.
• 벡터-유사 페르미온과 일반적인 시즈모 메커니즘을 포함한 확장된 MLRSM을 통해 신호를 증폭시키는 방법을 조사하기.
• 이러한 확장이 혼합 및 결합 상수에 대한 실험 제약 조건과 동시에 관측된 신호를 재현할 수 있는지 판단하기.

제안 방법

• 고정된 오른쪽 스케일 $v_R$를 가진 MLRSM 스칼라 포텐셜에 대한 매개변수 스캔을 수행하며, 차원이 없는 결합 $\alpha_1, \alpha_2$를 변화시킴.
• 전하를 가진 힉스 및 $W_R$ 보손을 포함한 루프 유도 과정을 통해 $\sigma(pp \to H^0_2 \to \gamma\gamma)$의 생산 단면적을 계산함.
• LHC 데이터로부터 중성 및 전하를 가진 스칼라 질량에 대한 실험 제약 조건을 적용하여 타당한 매개변수 공간을 제한함.
• 750 GeV 스칼라의 생산 및 붕괴 너비를 증가시키기 위해 MLRSM에 벡터-유사 쿼크 및 렙톤을 도입함.
• 일반적인 시즈모 메커니즘을 사용하여 무거운 벡터-유사 페르미온과의 혼합을 통해 SM 페르미온 질량을 생성함.
• 페르미온 혼합 각도와 질량이 이중 광자 붕괴 너비 및 총 단면적에 미치는 영향을 평가함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 최소 왼쪽-오른쪽 대칭 모형(MLRSM)이 오른쪽 수체의 $\Delta_R$ 트리플렛에서 유래한 중성 힉스로 750 GeV 이중 광자 초과 현상을 설명할 수 있는가?
• RQ2 MLRSM에서 이중 광자 단면적에 영향을 주는 $H^0_2$-$H^0_0$ 혼합 및 스칼라 결합에 대한 제약 조건은 무엇인가?
• RQ3 MLRSM에 벡터-유사 페르미온을 포함시켜 이중 광자 단면적을 관측된 ~10 fb 신호에 맞추어 증가시킬 수 있는가?
• RQ4 확장된 MLRSM에서 관측된 이중 광자 단면적과 큰 붕괴 너비(~50 GeV)를 동시에 재현하는 것은 가능한가?
• RQ5 전자약 정밀 측정 제약 조건과 페르미온 질량 생성 메커니즘이 확장된 모형의 타당성에 미치는 영향은 무엇인가?

주요 결과

• 최소 MLRSM는 이중 광자 단면적이 관측된 10 fb보다 훨씬 낮은 약 1 fb 이하로 예측되므로 750 GeV 이중 광자 초과 현상을 설명하지 못한다.
• 단면적이 최대 약 1 fb에 도달하기 위해서는 차원이 없는 매개변수 $\alpha = \alpha_1 = \alpha_2$가 매우 큰 값이 되어야 하는데, 이는 $H^0_0$-$H^0_2$ 혼합에 의해 $\alpha \leq 0.3M_{H^0_2}/k_1$로 제약을 받는다.
• 스칼라 질량에 대한 실험적 하한 제약 조건이 적용된 후에도 혼합 제약 조건을 고려하면 총 단면적이 여전히 1 fb 이하로 유지된다.
• 허용 가능한 매개변수 공간 내에서 중성 스칼라 $H^0_2$는 약 50 GeV의 붕괴 너비를 달성할 수 있으며, LHC 관측 결과와 일치한다.
• 일반적인 시즈모 메커니즘을 통해 벡터-유사 페르미온을 도입함으로써 이중 광자 단면적이 증가하지만, 여전히 관측된 전체 신호 너비를 재현하지 못한다.
• 향후 10 fb 단면적과 약 50 GeV 너비가 모두 확인된다면 현재 모형 틀을 초월한 추가 확장 필요성이 요구된다.