[논문 리뷰] On dilatons and the LHC diphoton excess

Eugenio Megías, Oriol Pujolàs외 1명|arXiv (Cornell University)|2015. 12. 18.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 26인용 수 31

한 줄 요약

이 논문은 비정상적인 초월 차원에서 경량 도자인을 자연스럽게 실현하는 소프트월 모델을 제안한다. 이 도자인은 자발적 공형 대칭 붕괴에서 유래한 페시-골드스톤 보손으로서 존재한다. 골드버거-웨즈 스칼라의 초위상함수를 조절하여 초스케일링을 유도함으로써, 모델는 낮은 칼루차-클라인 스케일(~2 테바르)을 달성하고 전자기약력 정밀도 검증을 통과한다. 이 모델은 750 기릴로전자볼트 도자인이 LHC의 이중광자 비례 과잉을 설명할 수 있음을 보여주며, 125 기릴로전자볼트 도자인이 허브스 대체자로써는 부적합하다는 점을 밝힌다. 이는 결합 조건에 의해 제약을 받기 때문이다.

ABSTRACT

We study soft wall models that can embed the Standard Model and a naturally light dilaton. Exploiting the full capabilities of these models we identify the parameter space that allows to pass Electroweak Precision Tests with a moderate Kaluza-Klein scale, around $2$ TeV. We analyze the coupling of the dilaton with Standard Model (SM) fields in the bulk, and discuss two applications: i) Models with a light dilaton as the first particle beyond the SM pass quite easily all observational tests even with a dilaton lighter than the Higgs. However the possibility of a 125 GeV dilaton as a Higgs impostor is essentially disfavored; ii) We show how to extend the soft wall models to realize a 750 GeV dilaton that could explain the recently reported diphoton excess at the LHC.

연구 동기 및 목표

• 비정상적인 초월 차원에서 자발적 공형 대칭 붕괴로부터 자연스럽게 유도되는 경량 도자인 모델을 구축하는 것.
• 칼루차-클라인 스케일을 약 2 테바르로 유지하면서 전자기약력 정밀도 검증(EWPT)과의 호환성을 확보하는 것.
• 런 1에서 관측된 LHC의 이중광자 공명 과잉을 750 기릴로전자볼트 도자인이 설명할 수 있는지 탐색하는 것.
• SM 입자들과의 결합 분석을 통해, 특히 125 기릴로전자볼트에서 경량 도자인이 허브스 대체자로서의 가능성 여부를 평가하는 것.

제안 방법

• 칼루차-클라인 스케일을 낮추기 위해, 반지름 좌표에 대한 지수적 의존성을 갖는 초위상함수를 포함한 소프트월 모델을 사용한다.
• 4차원 스펙트럼과 국소화를 올바르게 확보하기 위해, 게이지 및 스칼라 필드에 딜레클레 경계 조건을 도입한다.
• 스펙트럼의 흔들림과 공형 대칭 붕괴를 통해 SM 게이지 보손과 페르미온에 대한 도자인 결합을 계산하며, 이는 입자 질량에 비례한다.
• IR 브레인에서 국소화된 운동에너지 항을 도입하여 라디언-허브스 혼합을 가능하게 하고 허브스 질량를 제어한다.
• 게이지 및 스칼라 필드에 대한 5차원 작용과 칼루차-클라인 모드 분해를 전체적으로 분석하며, 허위스칼라 KK 모드의 유도도 포함한다.
• 초스케일링 영역을 활용하여 도자인 결합을 조정하고 EWPT와 계층 문제와의 호환성을 확보한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 전자기약력 정밀도 검증과 일치하면서도, 비정상적인 초월 차원 모델에서 경량 도자인이 자연스럽게 유도될 수 있는가?
• RQ2 이러한 모델에서 자연스러움을 유지하고 실험 제약과 충돌하지 않기 위해 허용 가능한 최대 칼루차-클라인 스케일은 얼마인가?
• RQ3 750 기릴로전자볼트 도자인이 LHC의 이중광자 과잉을 설명할 수 있으며, 이를 위해 광자에 대한 결합 증폭을 위한 조건은 무엇인가?
• RQ4 정밀도 측정 제약과 SM 입자들과의 결합 패턴을 고려할 때, 125 기릴로전자볼트 도자인이 허브스 대체자로서 타당한가?
• RQ5 물질 부문에서의 공형 대칭의 명시적 붕괴가 도자인 결합과 모델의 타당성에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 소프트월 설정에서의 초스케일링 메커니즘 덕분에, 약 2 테바르의 낮은 칼루차-클라인 스케일을 달성하면서도 전자기약력 정밀도 검증을 충족하는 모델이 성립한다.
• 125 기릴로전자볼트 도자인은 SM 허브스 결합 패턴과 상당한 차이를 보이며, 10% 이내의 불확도 범위 내에서도 허브스 대체자로써 거의 배제된다.
• 게이지 부문에서의 공형 대칭의 명시적 붕괴를 추가로 도입할 경우, 750 기릴로전자볼트 도자인은 LHC의 이중광자 과잉을 설명할 수 있다.
• 도자인의 페르미온 및 게이지 보손에 대한 결합은 공형 대칭 붕괴에 따라 기대한 바와 같이 질량에 비례하지만, 전체 강도는 SBCI 스케일 f에 따라 달라지며, 이는 전자기약력 스케일과 별개로 조정될 수 있다.
• 비-카스탈드 모델에서는 IR 브레인에 국소화된 허브스 존재가 EWPT에 의해 불리하게 작용하므로, 일관성을 유지하기 위해 부스러기 허브스를 선호한다.
• 칼루차-클라인 스케일을 약 2 테바르로 유지할 경우, SBCI 스케일보다 최대 100배 가볍고 자연스러운 경량 도자인이 가능하다.