[논문 리뷰] The Diphoton Excess from an Exceptional Supersymmetric Standard Model

Wei Chao|arXiv (Cornell University)|2016. 01. 04.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 1인용 수 42

한 줄 요약

이 논문은 ATLAS 및 CMS에서 관측한 750 GeV 이중광자 공진태가, U(1)′ 게이지 대칭의 자발적 대칭 깨짐을 유도하는 E6에 기반한 예외적 초대칭 표준모형(E6-inspired exceptional supersymmetric standard model, ESSM)의 스칼라 싱เก트론으로 설명될 수 있다고 제안한다. 공진태는 기하급수적인 쿼크와 힉스 유사 초대칭 다중구조체를 통해 고리로 매개되는 글루온 융합으로 생성되며, 이중광자 붕괴는 한 루프 수준에서 매개된다. 관측된 횡단단면적은 달성 가능하지만, 강한 결합이 없이도 넓은 너비를 갖는 공진태를 수용하는 데에 모델은 어려움을 겪는다.

ABSTRACT

In this paper we explain the diphoton excess in the invariant mass M $\approx$ 750 GeV , claimed by the ATLAS and CMS collaborations at the run-2 LHC, as the signal of a scalar singlet in a string inspired exceptional supersymmetric standard model (ESSM). The scalar singlet might play a rule in the spontaneous breaking of the $U(1)^\prime$ gauge symmetry of the ESSM and couples to diphoton and/or gluon pair with the help of exotic quarks and Higgs-like supermultiplets, which are contained in the fundamental representation of the $E_6$ group. The model might give rise to a large enough production cross section at the LHC but can hardly fit with the wide width of the resonance except in the strong couple regime.

연구 동기 및 목표

• ATLAS 및 CMS에서 관측한 750 GeV 이중광자 공진태를, 스트링 기반의 E6 기반 초대칭 모형에서 스칼라 싱게트론으로 설명하는 것.
• E6 대칭 통합 이론에 모델을 통합하고 자발적 U(1)′ 대칭 깨짐을 통해 계층 문제 및 μ 문제를 해결하는 것.
• 모델의 매개변수 공간에서 LHC 데이터와 일치하는 횡단단면적을 통해 공진태를 생성할 수 있는지, 기존 제약 조건과도 호환되는지 탐색하는 것.
• 특히 정밀 조정이 필요한 강한 결합 없이도 관측된 공진태 너비를 재현할 수 있는지 모델의 타당성을 평가하는 것.

제안 방법

• 모델은 오른쪽 수성 중성자들이 U(1)N에 대해 싱게트론인 U(1)N 게이지 대칭을 가진 E6에 기반한 ESSM을 기반으로 하며, 자연스러운 시즈모어 중성자 질량을 가능하게 한다.
• U(1)N 게이지 대칭의 애노말리 제거를 위해 세 개의 기본 27차원 표현을 도입한다.
• 스칼라 싱게트론 S는 고리에서 무거운 입자를 적분하여 유도된 효과적 결합을 통해 기괴 쿼크와 힉스 유사 초대칭 다중구조체와 결합한다.
• 횡단단면적은 글루온 융합을 통해 계산되며, 주로 기괴 쿼크와 그 초대칭 파artner를 포함한 고리에서 기여한다.
• 이중광자 붕괴 너너는 한 루프 수준에서 기하급수적인 쿼크와 힉스 유사 초대칭 다중구조체를 통해 매개되며, 진폭은 효과적 결합 κ_eff와 λ_eff에 의존한다.
• 전체 너비는 이중제트 검색에 의해 제약을 받으며, 비율 r = Γ_gg / Γ_γγ < 1300을 만족한다. 이 조건은 벤치마크 매개변수 공간에서 충족된다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 750 GeV 이중광자 과잉은 자발적 U(1)′ 대칭 깨짐을 수반하는 E6 기반 ESSM에서 스칼라 싱게트론으로 설명될 수 있는가?
• RQ2 이 모델에서 공진태의 주요 생성 및 붕괴 채널은 무엇이며, 특히 글루온 융합 및 이중광자 최종 상태에서 어떤가?
• RQ3 관측된 약 7 pb의 이중광자 횡단단면적은 모델의 매개변수 공간 내에서 달성 가능한가?
• RQ4 관측된 약 45 GeV의 넓은 너비를 자연스럽게 수용할 수 있는가, 아니면 결합의 정밀 조정이 필요한가?
• RQ5 LHC 런-1에서의 이중제트 및 기타 최종 상태 제약 조건은 모델의 타당성에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 모델은 기하급수적인 쿼크의 효과적 결합 κ_eff > 1.8를 통해 LHC 런-2에서 약 7.28 pb의 이중광자 횡단단면적을 생성할 수 있으며, 관측된 신호와 일치한다.
• 이중광자 붕괴 너비는 기하급수적인 쿼크와 힉스 유사 초대칭 다중구조체의 고리에서 한 루프 수준에서 생성되며, 진폭은 효과적 결합 λ_eff와 κ_eff에 의존한다.
• 이중제트 제약 조건 r = Γ_gg / Γ_γγ < 1300을 모델이 충족할 수 있으며, λ_eff ∈ [1,5] 및 κ_eff = 2일 때 r의 범위는 (50, 400)에 해당한다.
• 강한 결합 없이 약 45 GeV의 전체 너비를 달성하는 것은 어렵다. 45 GeV의 너비를 얻으려면 λ_eff ≈ 4가 필요하며, 이는 모델에서 비자연스럽게 간주된다.
• 모델은 λ_eff가 매우 클 경우를 제외하고는 넓은 너비를 자연스럽게 수용하지 못하며, 너비가 넓다는 것이 확인된다면 모델은 배제될 가능성이 높다.
• 효과적 결합에 대한 스칼라 기여는 혼합 각도에 의해 억제되므로, 페르미온 및 초대칭 파artner 기여가 지배적이며, 스칼라 기여는 무시할 수준이다.