[논문 리뷰] Addressing the LHC 750 GeV diphoton excess without new colored states

Amine Ahriche, Gaber Faisel외 2명|arXiv (Cornell University)|2016. 03. 04.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 새로운 색상 입자를 도입하지 않고 LHC에서 관측된 750 GeV 이중광자 붕괴 과잉 현상을 설명하기 위해 단일 스칼라를 포함한 두 개의 힉스 이중체 모델을 제안한다. 이 모델은 주로 광자 융합를 통해 필요한 이중광자 생성 단면적을 확보하면서도 모든 현상학적 제약 조건을 만족시키며,未래 LHC 런에서 검증 가능한 붕괴 모드를 예측한다.

ABSTRACT

The modest excess in the diphoton invariant mass spectrum around 750 GeV recently detected at the LHC could be preliminary evidence for the existence of a heavy new resonance. Assuming that it is a spinless boson, dubbed $ ilde s$, we consider it within a model containing two weak scalar doublets having zero vacuum expectation values and a scalar singlet in addition to the doublet responsible for breaking the electroweak symmetry. We show that the model is consistent with all phenomenological constraints and can yield a production cross section $\sigma(pp ightarrow ilde{s} ightarrow\gamma\gamma)$ of roughly the desired size, mainly via the photon-fusion contribution, without involving extra colored fermions or bosons. We also discuss other major decay modes of $ ilde s$ which are potentially testable in upcoming LHC measurements.

연구 동기 및 목표

• LHC에서 관측된 750 GeV 이중광자 과잉 현상을 새로운 색상 페르미온 또는 보존을 도입하지 않고 설명하기 위해.
• 전기약력 대칭 깨짐을 유지하는 두 개의 약한 스칼라 이중체와 단일 스칼라를 포함한 재규격화 가능한 모델을 구축하기 위해.
• 광자 융합 기여를 통해 실험 데이터와 일치하는 이중광자 생성 단면적을 확보하기 위해.
• 전자약력 정밀도 시험과 플레이버 물리학을 포함한 모든 현재 현상학적 제약 조건을 충족시키기 위해.
• 미래 LHC 데이터에서 검증 가능한 잠재적 붕괴 모드를 식별하고 분석하기 위해.

제안 방법

• 표준 힉스 이중체 외에 두 개의 약한 스칼라 이중체(모두 진공 기대값이 0인)와 실수 스칼라 단일체를 포함한 모델을 도입한다.
• 스칼라 단일체를 750 GeV 공명($\tilde{s}$)으로 사용하며, 이는 고리 유도 상호작용을 통해 광자와 결합한다.
• 가상의 충전 입자 고리가 포함된 주요 광자 융합 메커니즘을 통해 이중광자 생성 단면적을 계산한다.
• 스칼라 섹터 파rameter를 조정하여 모델이 전자약력 정밀도 관측치와 일치하도록 보장한다.
• $\tilde{s}$의 다양한 최종 상태, 즉 $\gamma\gamma$, $ZZ$, $WW$, $\gamma Z$로의 붕괴 비율을 분석하여 관측 가능한 서명을 식별한다.
• 플레이버 변화 중성미소류 및 힉스 신호 강도 제약 조건을 점검하여 모델의 타당성을 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 750 GeV 이중광자 과잉 현상은 새로운 색상 상태를 도입하지 않고 설명될 수 있는가?
• RQ2 색상 파트너가 없는 모델에서 공명의 주요 생성 메커니즘은 무엇인가?
• RQ3 모델이 관측된 과잉과 일치하는 이중광자 단면적을 확보하면서도 모든 현상학적 제약 조건을 만족시킬 수 있는가?
• RQ4 미래 LHC 런에서 가장 관측 가능할 만한 공명의 붕괴 모드는 무엇인가?
• RQ5 진공 기대값과 스칼라 혼합은 공명의 현상학에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 모델은 새로운 색상 상태를 요구하지 않고 주로 광자 융합 과정을 통해 관측된 이중광자 단면적을 성공적으로 재현한다.
• 공명 $\tilde{s}$는 관측된 과잉과 일치하는 생산 단면적을 가질 수 있으며, LHC 데이터와 일관된다.
• $\tilde{s} \to \gamma\gamma$에 대한 주요 기여는 스칼라 이중체의 충전 성분과 단일체를 포함한 고리 도식에서 기인한다.
• 추가 이중체의 진공 기대값이 0이므로 모델은 전자약력 정밀도 시험과 플레이버 물리학과 일치한다.
• $ZZ$, $WW$, $\gamma Z$로의 상당한 붕괴 비율이 예측되어, 향후 LHC 데이터에서 이 붕괴 모드들이 관측 가능할 수 있다.
• 새로운 색상 입자가 없으므로 모델은 플레이버 및 충돌기 검색에서 강한 제약 조건을 피하며, 그 타당성이 향상된다.