[논문 리뷰] The LHC 750 GeV diphoton excess in supersymmetry with gauged baryon and lepton numbers

Tai-Fu Feng, Xue–Qian Li외 2명|arXiv (Cornell University)|2015. 12. 21.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 66

한 줄 요약

이 논문은 LHC에서 관측된 750 GeV 이중광자 초과 현상이, 이중 빈도수 및 레프톤 수를 가진 보조 대칭 확장인 BLMSSM 내에서 설명될 수 있음을 제안한다. $ A_B^0 $는 $ U(1)_B $의 자발적 대칭 붕괴에서 유래된 CP-홀성 스칼라로, 벡터-유사 쿼크와 게이지 보손을 포함한 고리 도형을 통해 이중광자 붕괴를 매개하며, 타당한 매개변수 영역 내에서 관측된 초과 현상을 재현한다.

ABSTRACT

The significance of discovering the boson of 750 GeV is beyond finding a single heavy boson, because it may hint the location of the scale for new physics beyond the standard model which is the target of long-time exploration. There have been many models to explain the diphoton excess observed by the ATLAS and CMS collaborations and the BLMSSM is one of them. The BLMSSM is an extension of the minimal supersymmetric model where baryon and lepton numbers are local gauge symmetries. We analyze the decay channels $Φ ightarrow gg$, $Φ ightarrowγγ$, $Φ ightarrow Zγ$, and $Φ ightarrow \bar{t}t,\;VV\;(V=Z,\;W)$ with the mass of the CP-odd scalar $Φ=A_{_B}^0$ being around $750\;{ m GeV}$ in this model. Within a certain parameter space, the scenario can account for the experimental data on the diphoton excess.

연구 동기 및 목표

• ATLAS와 CMS가 관측한 750 GeV 이중광자 공명 현상이 BLMSSM 프레임워크 내에서 CP-홀성 스칼라 $ A_B^0 $에서 기인할 수 있는지 설명하기 위해.
• 국부적 $ U(1)_B $ 및 $ U(1)_L $ 대칭을 가진 BLMSSM이 실험 데이터와 일치하는 이중광자 붕괴 폭을 설명할 수 있는지 조사하기 위해.
• 벡터-유사 쿼크와 게이지 보손을 통해 $ A_B^0 $의 고리 유도 쿠플링을 $ \gamma\gamma $, $ gg $, $ Z\gamma $, $ \bar{t}t $, 및 $ VV $ (V=Z,W)에 대해 분석하기 위해.
• 모델이 관측된 이중광자 신호 강도를 재현하고 다른 붕괴 채널의 제약 조건을 만족시키는 타당한 매개변수 영역을 결정하기 위해.

제안 방법

• 추가의 벡터-유사 쿼크를 포함한 BLMSSM 라그랑지안을 구성하며, 이는 $ U(1)_B $에 대해 전하를 띤다. 새로운 요카다 쿠플링과 게이지 상호작용을 도입한다.
• 벡터-유사 쿼크와 게이지 보손을 포함한 1-루프 도형을 사용하여 $ A_B^0 \to \gamma\gamma $, $ gg $, $ Z\gamma $, $ \bar{t}t $, 및 $ VV $의 고리 유도 붕괴 진폭을 계산한다.
• 로그 보정을 포함한 새로운 물리 스케일 $ \Lambda_{\text{NP}} $ 에서의 쿠플링 강도 $ g_{A_B^0 \gamma\gamma} $, $ g_{A_B^0 gg} $, $ g_{A_B^0 Z\gamma} $, $ g_{A_B^0 \bar{t}t} $, 및 $ g_{A_B^0 VV} $에 대한 해석적 표현을 유도한다.
• 효과적 라그랑지안 접근법을 사용하여 부분 붕괴 폭과 신호 강도를 계산하며, $ A_B^0 $ 가 750 GeV에서 주요 공명이라고 가정한다.
• $ \alpha_B $, $ \upsilon_B $, $ \bar{\upsilon}_B $, 및 벡터-유사 쿼크 질량에 대한 매개변수 스캔을 수행하여 관측된 데이터와 일치하는 이중광자 신호 강도를 갖는 영역을 식별한다.
• $ Z\gamma $, $ \bar{t}t $, 및 $ VV $ 붕괴 모드에서의 제약 조건을 적용하여 물리적으로 불가능하거나 과도하게 큰 쿠플링 영역을 배제한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 가우지드 이중 빈도수 및 레프톤 수 대칭을 가진 BLMSSM 내에서 CP-홀성 스칼라 $ A_B^0 $ 가 750 GeV 이중광자 초과 현상을 일관되게 설명할 수 있는가?
• RQ2 이중광자 붕괴에 대한 주요 고리 기여는 무엇이며, 벡터-유사 쿼크와 게이지 보손은 어떻게 이 붕괴를 매개하는가?
• RQ3 $ \alpha_B $, $ \upsilon_B $, $ \bar{\upsilon}_B $, 및 벡터-유사 쿼크 질량의 어떤 매개변수 범위에서 이중광자 신호 강도가 ATLAS와 CMS 데이터와 일치하는가?
• RQ4 $ Z\gamma $, $ \bar{t}t $, 및 $ VV $ 채널로의 분해율은 모델의 타당성에 어떤 제약을 가하는가?
• RQ5 모델은 양성자 붕괴 및 기타 풍미 위반 과정에 큰 기여를 하지 않으며, 이는 타당한가?

주요 결과

• 자발적 대칭 붕괴에 의해 유도된 CP-홀성 스칼라 $ A_B^0 $ 는 벡터-유사 쿼크와 게이지 보손을 포함한 고리 도형을 통해 $ \gamma\gamma $ 붕괴를 매개할 수 있다.
• 이중광자 붕괴 폭 $ \Gamma(A_B^0 \to \gamma\gamma) $ 는 새로운 물리 스케일 $ \Lambda_{\text{NP}} $ 에서의 로그 보정으로 인해 증폭되며, 주로 토퍼-쿼크 유사 벡터-유사 쿼크에서 기인한다.
• 특정 매개변수 영역—$ \alpha_B \sim 0.1 $, $ \upsilon_B \sim 100 $ GeV, $ \bar{\upsilon}_B \sim 1 $ TeV, 및 벡터-유사 쿼크 질량이 약 1.5–2 TeV일 경우—에서 모델은 관측된 이중광자 신호 강도를 재현한다.
• $ Z\gamma $ 붕괴 분해율은 $ \gamma\gamma $ 와 비교해 억제되어 있으며, 실험적 불확도 내에서 관측된 $ Z\gamma $ 비율과 일치한다.
• $ \bar{t}t $ 및 $ VV $ 붕괴 모드는 타당한 매개변수 영역 내에서 보조적일 뿐이며, 분해율이 10% 이하이므로 직접 탐색 결과와 충돌하지 않는다.
• 국부적 $ U(1)_B $ 대칭으로 인해 양성자 붕괴에 큰 기여를 피할 수 있으며, 요카다 쿠플링에서 랜다우 폴을 유발하지 않는 안전한 질량 범위(500 GeV 이상)의 벡터-유사 쿼크 질량을 확보한다.