[논문 리뷰] The 750 GeV diphoton resonance can cause the SM fermion mass and mixing pattern

A. E. Cárcamo Hernández|arXiv (Cornell University)|2015. 12. 30.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 33

한 줄 요약

이 논문은 750 GeV 이중광자 공진을 한계에서의 $Z_{14}$-전하를 지닌 스칼라 싱เก틀 $\chi$가 가상의 $\frac{8}{3}$ 전하를 지닌 이색 쿼크를 통해 매개하는 한계에서의 붕괴를 통해 설명하는 표준모형의 $Z_2 \times Z_{14}$ 다중스칼라 싱게틀 확장 모델을 제안한다. 동일한 스칼라 $\chi$는 관측된 Fermion 질량과 혼합 패턴을 생성하며, 경량 중성자 질량은 두 개의 무거운 Majorana 중성자와 $Z_2$-홀드 스칼라 $\eta$를 통해 한계에서의 1차원 반응으로 발생한다. $Z_2$ 대칭성은 자연스러운 어둠의 물질 후보를 가능하게 한다.

ABSTRACT

I propose a $Z_2 imes Z_{14}$ multiscalar singlet extension of the Standard Model (SM) that successfully explains the $750$ GeV diphoton excess recently found at the LHC and the observed SM fermion mass and mixing pattern. The diphoton excess arises from a $Z_{14}$ charged scalar singlet $\chi$ whose one-loop decays into photon and gluon pairs are triggered by a virtual exotic quark of electric charge $\frac{8}{3}$. The $Z_{14}$ charged scalar singlet $\chi $ generates the observed charged fermion mass and quark mixing pattern. Light active neutrino masses are generated at one loop level, which involves two heavy Majorana neutrinos and the real and imaginary parts of the $Z_2$ odd neutral SM scalar singlet $\eta$, running in the loops. The observed diphoton excess sets an upper bound of about $1.8$ TeV for the $Z_{14}$ discrete symmetry breaking scale. The unbroken $Z_2$ symmetry of the model allows for natural dark matter candidates.

연구 동기 및 목표

• 대부분의 표준모형 확장에서 LHC에서 관측된 750 GeV 이중광자 공진을 설명하기 위해.
• 표준모형 Fermion 질량과 쿼크 혼합 각도의 관측된 패턴을 동시에 설명하기 위해.
• 무거운 Majorana 중성자와 $Z_2$-홀드 스칼라 싱게틀을 포함한 1차원 메커니즘을 통해 경량 활성 중성자 질량을 생성하기 위해.
• 이중광자 공진 데이터를 사용하여 $Z_{14}$ 대칭성 붕괴 스케일을 제약하기 위해 모델의 타당성을 확보하기 위해.
• $Z_2$ 대칭성이 유지됨으로써 안정적이고 약하게 상호작용하는 어둠의 물질 후보를 보장하기 위해.

제안 방법

• 이중광자 및 글루온 쌍으로의 붕괴를 통해 750 GeV 이중광자 공진을 생성하는 $Z_{14}$-전하를 지닌 스칼라 싱게틀 $\chi$를 도입한다. 이는 한계에서의 붕괴를 통해 이루어지며, 가상의 $\frac{8}{3}$ 전하를 지닌 이색 쿼크를 통해 매개된다.
• 이중광자 및 글루온 쌍으로의 전이 $\chi \to \gamma\gamma$ 및 $\chi \to gg$를 한계 다이어그램을 통해 매개하는 전하 $\frac{8}{3}$의 가상의 이색 쿼크를 도입한다.
• $\chi$의 진공기대값을 사용하여 양성자 질량과 쿼크 혼합 패턴을 유카와 상호작용을 통해 생성한다.
• 두 개의 무거운 Majorana 중성자와 $Z_2$-홀드 스칼라 싱게틀 $\eta$의 실수 및 허수 부분을 포함한 1차원 다이어그램을 구성하여 경량 활성 중성자 질량을 생성한다.
• $Z_2$ 대칭성이 유지되어 안정적이고 약하게 상호작용하는 어둠의 물질 후보를 허용하기 위해 조건을 설정한다.
• 이중광자 공진 데이터를 적용하여 $Z_{14}$ 붕괴 스케일이 약 1.8 TeV 이하로 제약됨을 확인한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 표준모형의 $Z_2 \times Z_{14}$ 다중스칼라 싱게틀 모델이 750 GeV 이중광자 공진과 표준모형 Fermion 질량 및 혼합 패턴을 동시에 설명할 수 있는가?
• RQ2 $Z_{14}$-전하를 지닌 스칼라 $\chi$는 어떻게 유카와 상호작용을 통해 Fermion 질량과 쿼크 혼합을 생성하는가?
• RQ3 이 모델에서 경량 활성 중성자 질량은 어떻게 발생하며, 관련된 한계 다이어그램의 구조는 어떠한가?
• RQ4 관측된 이중광자 초과는 $Z_{14}$ 이산 대칭성 붕괴 스케일에 어떤 상한을 둔다?
• RQ5 이 모델에서 유지되는 $Z_2$ 대칭성은 자연스러운 어둠의 물질 후보를 허용하는가?

주요 결과

• $Z_{14}$-전하를 지닌 스칼라 싱게틀 $\chi$는 가상의 $\frac{8}{3}$ 전하를 지닌 이색 쿼크를 통해 매개되는 한계에서의 붕괴를 통해 750 GeV 이중광자 공진을 생성한다.
• 동일한 스칼라 $\chi$는 진공기대값과 유카와 상호작용을 통해 관측된 양성자 질량 패턴과 쿼크 혼합 각도를 생성한다.
• 경량 활성 중성자 질량은 두 개의 무거운 Majorana 중성자와 $Z_2$-홀드 스칼라 싱게틀 $\eta$의 실수 및 허수 성분을 포함한 1차원 다이어그램을 통해 생성된다.
• 이중광자 공진 데이터는 $Z_{14}$ 대칭성 붕괴 스케일이 약 1.8 TeV 이하로 제약됨을 보여준다.
• 모델에서 유지되는 $Z_2$ 대칭성은 약하게 상호작용하는 어둠의 물질 후보를 자연스럽게 제공하며, $Z_2$-홀드 스칼라 $\eta$는 타당한 어둠의 물질 입자이다.